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[IT뉴스]양자물질 속 ‘맥놀이 신호’ 숨은 정체 풀었다

온카뱅크관리자

2026-08-19 16:57:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 표준연, 위상절연체 나노선의 ‘맥놀이’ 신호 발생원인 규명 열전실험 통해 위상·전자상태 양자간섭 입증...양자소자 해석·설계에 활용 
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 <img alt="표준연 연구팀이 위상절연체 나노선의 양자수송 측정에 사용되는 실험 부품을 확인하고 있다. 표준연 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/dt/20260819165410700njit.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="3OVjLr71yi" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/dt/20260819165410700njit.jpg" width="658">
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 표준연 연구팀이 위상절연체 나노선의 양자수송 측정에 사용되는 실험 부품을 확인하고 있다. 표준연 제공.
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 국내 연구진이 양자물질의 양자신호 해석에 걸림돌로 작용했던 ‘맥놀이 신호’ 발생 원인을 규명했다. 첨단 양자소자를 정밀하게 제어·설계하는 데 기여할 것으로 기대된다.
 한국표준과학연구원은 광주과학기술원(GIST), 충남대, 국립공주대 등과 공동으로 위상절연체 나노선에서 양자신호 해석의 장애물였던 맥놀이 신호 발생 원인을 규명하는 데 성공했다고 19일 밝혔다.
 위상절연체는 내부에 전기가 잘 흐르지 않지만 표면에는 전자가 이동할 수 있는 특수한 상태가 존재하는 양자물질이다.
 위상절연체를 나노미터 수준의 가느다란 선으로 만든 나노선에는 표면의 전자가 둘레를 따라 이동하고, 자기장을 가하면 이동 경로가 다른 전자의 파동이 서로 간섭해 전기 전도도가 규칙적으로 변하는 ‘아하로노프-봄(AB) 진동’이 나타난다.
 그동안 위상절연체에서는 도핑 등의 영향으로 표면 바로 아래에도 전자가 이동하는 얇은 층이 생길 수 있고, 이 층도 전자의 이동 경로가 될 수 있다.
 하지만 위상 표면 상태와 AB 진동에 영향을 주는지는 명확히 알려지지 않았다.
 연구팀은 안티몬(Sb)을 첨가한 비스무트 셀레나이드(Bi2Se3) 나노선에서 AB 진동이 열전현상에서 생기는지 확인하던 중 맥놀이 현상을 발견했다.
 맥놀이는 주기가 다른 진동이 겹쳐 마치 두 소리굽쇠가 ‘웅∼웅∼‘소리를 내듯 신호 세기가 변하는 현상이다. 예상하지 못한 다른 진동 성분의 존재를 포착한 것이다.
 연구팀은 이를 토대로 기존 전기전도 데이터를 다시 분석한 결과, 같은 맥놀이 현상이 존재함을 재확인했다.
 맥놀이가 ‘위상 표면 상태’(TSS)와 표면 아래 일반 전자층인 ‘2차원 전자기체’(2DEG)의 진동 성분들이 겹쳐 나타난다는 사실을 확인했다.
 구체적으로 두 전자 이동경로가 나노선을 감싸는 면적이 미세하게 달라 서로 다른 주기의 진동이 생기고, 이들이 중첩돼 맥놀이를 일으킨다는 사실을 밝혀낸 것이다.
 송태근 국립공주대 교수팀은 머신러닝 기법을 이용해 뭉쳐 보이던 진동 성분을 분리했고, 게이트 전압에 따라 맥놀이 무늬가 변해도 각 진동수는 고유하게 유지된다는 사실을 규명했냈다.
 배명호 표준연 책임연구원은 “전자가 위상 상태뿐 아니라 일반 전자 상태를 오가며 양자 간섭이 일어날 수 있음을 보여준 연구”라고 말했다.
 최상준 GIST 교수는 “서로 다른 전자 상태의 간섭을 이해하고 제어하는 원리는 향후 위상 양자소자 설계에도 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.
 연구결과는 국제 학술지 ‘나노 레터스’ 지난 6월 8일에 실렸다.
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 <img alt="위상절연체 나노선 양자간섭 연구결과가 실린 국제 학술지 표지. 표준연 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/dt/20260819165411979waxn.jpg" data-org-width="512" dmcf-mid="03MmkSV7yJ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/19/dt/20260819165411979waxn.jpg" width="658">
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 위상절연체 나노선 양자간섭 연구결과가 실린 국제 학술지 표지. 표준연 제공.
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 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr
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