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[IT뉴스]준입자 '폴라리톤' 정밀 제어 성공…광기반 양자소자 응용

온카뱅크관리자

2025-04-03 15:27:28

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="9s1aC6sdLt">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="916173d84c3625c767b46711503fab88689e9e8a90bbd8d8fe125d92347adf26" dmcf-pid="2OtNhPOJn1" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="조창희 대구경북과학기술원(DGIST) 화학물리학과 교수(왼쪽), 최현서 박사과정생. DGIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202504/03/dongascience/20250403151819421ygpg.png" data-org-width="680" dmcf-mid="KA5gI8menF" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202504/03/dongascience/20250403151819421ygpg.png" width="658"></p>
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            조창희 대구경북과학기술원(DGIST) 화학물리학과 교수(왼쪽), 최현서 박사과정생. DGIST 제공
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          <p contents-hash="86827ffd4599d9da106d86e455278bf4aae5f114ff14adfa3378237f1d0ae204" dmcf-pid="VSUEyeSgL5" dmcf-ptype="general">국내 연구팀이 차세대 양자정보 소자에 유망한 후보 물질인 '폴라리톤'의 전기적 특성을 정밀하게 제어하는 데 성공했다. 연구결과는 광 기반 양자소자에 활용될 수 있어 양자컴퓨터나 양자통신 등 양자기술 실용화에 기여할 것으로 기대된다.</p>
          <p contents-hash="ae68503a72f7b0dfd2a6d9d4d10ed39311eda118d3aafc30712e75566fbcc561" dmcf-pid="fvuDWdvaMZ" dmcf-ptype="general"> 대구경북과학기술원(DGIST)은 조창희 화학물리학과 교수팀이 반도체 결정 구조의 변화를 이용해 준입자인 폴라리톤의 전기적 특성을 조절하는 데 성공했다고 3일 밝혔다. 연구결과는 3월 17일(현지시간) 국제학술지 '어드밴스드 사이언스'에 공개됐다. </p>
          <p contents-hash="0eb7086d6c612d626295cb0187c17b347583468c2fc720e8059c80805a52cb77" dmcf-pid="4T7wYJTNJX" dmcf-ptype="general"> 물리적 상태가 하나로 정해지지 않고 확률적으로 존재하는 양자 상태를 활용해 정보를 처리하는 양자정보 기술은 과학과 산업 모두에 큰 변화를 일으킬 핵심 기술로 주목받는다. 양자정보 기술의 핵심은 양자 상태의 입자를 얼마나 정밀하게 조절하느냐에 달려 있다.</p>
          <p contents-hash="0fb8b8a14128e6cb507eba7b8e2b16fe1c8470f53bebfd993fe9142face1857b" dmcf-pid="8yzrGiyjiH" dmcf-ptype="general"> 빛을 활용한 광 기반 양자소자 연구분야의 중심에 있는 물질은 폴라리톤이다. 폴라리톤은 준입자인 엑시톤과 빛의 입자인 광자가 결합한 복합적인 준입자다. 준입자는 엄밀하게 입자는 아니지만 주변 환경과 상호작용해 입자처럼 행동하는 물질을 말한다. 엑시톤은 전자와 전자가 없는 빈 공간인 정공(hole)이 결합하지 않고 쌍을 이뤄 공존하는 준입자다.</p>
          <p contents-hash="6822aed6c34c9d9550863aa725435bfc151a757b947dbca6d152a0e5150b7295" dmcf-pid="6WqmHnWAMG" dmcf-ptype="general"> 폴라리톤은 빛처럼 빠르면서도 전자처럼 전기적 특성을 띤다. 폴라리톤의 진동 운동과 전기적 특성 변화는 양자 정보를 전송하는 속도와 직결된다. 폴라리톤 정밀 제어 기술이 폴라리톤을 활용한 양자소자 구현에 필수적인 이유다.</p>
          <p contents-hash="4f301262e2377405f66c4af9d68b5c58ed5b045407417736cd11f4a7ff8a98bf" dmcf-pid="PYBsXLYcRY" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 폴라리톤의 진동을 조절할 방법이 마땅치 않다는 기존 문제를 해결하기 위해 반도체인 페로브스카이트에 주목했다. 페로브스카이트는 결정 구조가 온도 등 외부 요인에 따라 달라지는 상전이 특성이 있다. 특정 구조에서는 물질 내부에 전기가 흐르지 않아도 전기적 방향성이 나타나는 '강유전성'이 나타난다. 강유전성은 엑시톤의 성질을 변화시켜 폴라리톤의 특성에도 연쇄적인 영향을 준다.</p>
          <p contents-hash="d0fb4193219a6b2c5fd161fdb48be23d897ca10518923148536f1cbc505eafb8" dmcf-pid="QGbOZoGkRW" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 페로브스카이트 소재로 폴라리톤의 진동을 유도할 수 있는 장치인 공진기를 설계하고 페로브스카이트의 결정 구조에 따라 폴라리톤의 진동 세기가 달라진다는 사실을 실험으로 입증했다.</p>
          <p contents-hash="7e775af3a15571bf22f3112ea9c1bb7ea27b8953c8953c93ba9a97816aa7e818" dmcf-pid="xHKI5gHELy" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 사방정계, 정방정계, 입방정계 등 페로브스카이트의 3가지 결정 상태에 따라 폴라리톤의 진동 세기를 가장 낮을 때를 기준으로 약 20%까지 강하게 조절했다. 진동 세기에 따라 폴라리톤에서 나타나는 빛과 전자의 결합 강도도 변했다. 페로브스카이트에서 나타나는 결정 구조가 폴라리톤의 변화를 유도하는 핵심 요인이라는 사실이 확인된 것이다.</p>
          <p contents-hash="a0c85e1cd1abf696615e8c0f01bf68dbd939fa9e15f3ec0f56a693bb0413e74a" dmcf-pid="ydmVnFdzLT" dmcf-ptype="general"> 페로브스카이트의 강유전성을 기반으로 한 폴라리톤 제어 기술은 폴라리톤을 활용한 양자소자 설계 유연성과 정밀도를 높일 수 있다. 양자컴퓨터나 양자통신, 양자센서 등 양자정보 처리 장치에서 작동 속도와 안정성을 동시에 개선할 것으로 기대된다. 결정 구조를 바꾸는 방식으로 조절이 가능해 향후 상온에서 작동하는 효율적인 양자소자 구현으로 이어질 가능성도 있다는 평가다.</p>
          <p contents-hash="d562c454bbe20617b8d7610dcd814d9e971e2a1290976be335633f3cfe0fc1b9" dmcf-pid="WJsfL3JqMv" dmcf-ptype="general"> 조 교수는 "이번 연구는 폴라리톤을 단순히 생성하는 데에서 나아가 실용적인 방법으로 세기와 특성을 조절할 수 있다는 점에서 의미가 있다"며 "양자소자의 제어 기술이 발전하면서 양자컴퓨터 등 다양한 양자 기반 기술의 실용화가 앞당겨질 것"이라고 말했다.</p>
          <p contents-hash="f94b75640b9bd7c7829122b8eab0d8f6d32512d03a6ced886388e6450e5d90fc" dmcf-pid="YiO4o0iBnS" dmcf-ptype="general"> &lt;참고 자료&gt;<br> - doi.org/10.1002/advs.202417596</p>
          <p contents-hash="d9863736a5e82963018585e05126ef27f00986ca6d4cf18101f2cc47ae0b0db6" dmcf-pid="GnI8gpnbil" dmcf-ptype="general">[이병구 기자 2bottle9@donga.com]</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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