방준혁 기초지원연 박사팀, 기존보다 낮은 온도서 물질의 상태변화 원리 규명
한국기초과학지원연구원(원장 이광식)은 방준혁 스핀공학물리연구팀 박사팀이 물질마다 정해져 있는 상태변화 온도에 비해 낮은 온도임에도 물질의 상태변화가 일어나는 '저온 비열적 상전이 현상'에 대해 이론적으로 규명했다고 29일 밝혔다.
저온 비열적 상전이는 물질을 이루는 원자와 전자간 상호작용의 변화로 일어난다. 그 동안은 전자의동력학(動力學)적 특성과 전자들이 원자의 결합구조에 미치는 영향을 정확히 기술하는 이론적 방법론이 없어 구체적인 연구가 이뤄지지 못했다.
연구팀은 전자와 원자들의 동력학적 특성을 시뮬레이션 하는 방법을 개발, 쪼이는 레이저의 파장을 짧게하면 물질 내 전자들이 에너지를 높여 저온 비열적 상전이 현상을 일으키는 것을 확인했다.
기존에는 레이저의 세기를 강하게 해 전자 수를 늘리는 것이 현상 발현의 중요 요소라고 여겼지만, 이번 연구를 통해 전자의 양 보다는 개별 전자 에너지를 높이는 것이 더 큰 영향을 끼친다는 것을 증명한 것이다.
연구팀에 따르면 이번 기술을 반도체 메모리 소자로 널리 연구되는 반도체 물질 'Ge2Sb2Te5'(저마늄안티모니테로라이드)에 적용하면 300∼400도의 낮은 온도에서도 600도 수준 상태 변화를 일으키는 것이 이론적으로 가능하다.
방준혁 박사는 "물질 내 전자 동력학은 트랜지스터, 태양전지, LED등 다양한 반도체 소자 응용뿐만 아니라, 광합성, 물 분해 과정 등 다양한 생물학적, 화학적 현상을 이해하는데 중요한 기초가 되지만, 아직 기본 원리에 대한 이해가 부족한 상태"라며 "향후 본 연구에서 개발하고 적용한 방법론을 다양한 물질, 현상들에 적용해 여러 문제를 해결하기를 기대한다"고 말했다.
이번 연구 성과는 국제학술지 '피지컬 리뷰 레터(Physical Review Letters)'에 지난 16일자로 게재됐다.
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