KAIST, '훈트 금속'의 새로운 존재 가능성 증명

[이데일리 강민구 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 한명준 물리학과 교수 연구팀이 ‘훈트 금속’이라는 신물질의 새로운 존재 가능성을 찾았다고 1일 밝혔다.

훈트 금속은 전기저항 없이 전류가 흐르는 초전도 현상을 나타내거나 외부 조건의 미세한 변화에도 물질이 크게 바뀌는 특성을 지닌 물질이다.

한명준 한국과학기술원 물리학과 교수.(사진=한국과학기술원)

독일 물리학자 ‘프리드리히 헤르만 훈트’의 이름을 따서 양자역학적 상태를 띠는 금속을 가리킨다.

학계에서는 일반적으로 알려진 금속들을 ‘페르미 금속’이라 부르는데 이와 성질이 구분되는 특이한 금속을 이해하는 것이 학계의 중요한 관심사가 되고 있다. 특이 금속 관련 연구가 고온 초전도 현상이나 양자 임계 현상과 같은 물리학의 신비를 이해하는 단서를 줄 것이라 믿기 때문이다.

훈트 금속도 그런 의미에서 미국의 이론 물리학자들이 처음 개념을 제시한 이후 미국과 유럽의 학자들이 10여년 동안 활발하게 연구해 왔다.

이 금속 상태는 원자 내에서 전자가 가질 수 있는 양자역학적 상태를 나타내는 ‘오비탈(orbital)’의 개수가 ‘3’ 이상인 경우로 연구돼 왔다. 값이 ‘2’이면 나타날 수 없다는 것이 상식으로 여겨졌다.

연구팀은 오비탈 수가 ‘2’인 경우에도 훈트 금속이 발현될 수 있다는 것을 이론적으로 증명해 기존 통념을 뒤집었다. 일반 훈트 금속 신호보다 신호가 약하다는 점에서 이를 ‘약한 훈트 메탈’이라고 이름 짓고, 훈트 금속 상태들을 분류할 기준을 제시했다. 그동안 난항을 겪던 연구들에 대한 새로운 돌파구를 제시할 수 있을 것으로도 기대를 모은다.

한명준 교수는 “논문 심사위원들조차 처음에는 받아들이기 어려워했을 만큼 획기적인 연구”라며 “실험 자료나 현상들을 이해하는 새로운 틀을 마련한 기초 이론 연구이며, 학계가 어려움을 겪는 초전도 관련 문제들을 해결할 토대가 될 수 있다”고 말했다.

연구 결과는 물리학 분야 국제 학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’에 지난 17일자 온라인으로 출판됐다.