포스텍 졸업생이 학부 졸업 후 ‘학사후 연구원’ 기간 수행한 연구가 물리학 분야 세계적 권위지에 실렸다. 포스텍은 이현우 물리학과 교수(38세)와 포스텍 출신 김세중씨(金世中ㆍ28세 / 現 MIT 대학원 박사과정 재학 중)가 발표한 논문, ‘양자점에서 전자간의 상호작용에 의해 발생하는 공명현상 및 전자 상태 변환(Correlation-Induced Resonances and Population Switching in a Quantum-Dot Coulomb Valley)’이 미국 물리학회가 발간하는 물리학 분야 권위지인 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’ 5월호(4일 발간)에 실렸다고 4일 밝혔다.
이 논문은 그가 매사추세츠공대(MIT) 대학원에 진학하기 전 2006년 3월부터 7월까지 이현우 교수 연구실에서 학사 후 연구원으로 일하면서 수행한 연구 논문이다.
이 교수와 김 씨는 이 논문을 통해 전자(電子)간의 전기저항에 관여하는 콘도효과(Kondo effect)*가 전자의 궤도 운동에 의해서도 상당히 일반적으로 일어날 수 있다는 것을 밝혀냈다.
콘도효과가 강하게 작용하는 상황에서는 외부의 전자가 자유롭게 양자점* 안으로 드나들 수 있어 양자점을 통과해 흐르는 전류에 작용하는 전기저항도 작아질 수 있다. 지금까지 이 같은 콘도효과는 전자의 양자역학적 상태인 스핀(spin)이 자유롭게 진동할 수 있는 상황이 아니면 사실상 어렵다고 알려졌었다.
이번 연구에서는 전자의 스핀 상태가 자기장과 같은 요인으로 고정되는 상황에서도 에너지가 같은 전자의 궤도가 2개 존재할 경우 콘도효과가 상당히 일반적으로 일어날 수 있다는 것이 밝혀졌다.
이번 연구 결과는 특히 반도체 광소자, 정보 저장과 처리를 위한 나노미터(nm) 전자 소자와 같은 연구에 큰 도움을 줄 것으로 기대되고 있다.
논문의 공동저자이자 김 씨의 지도교수인 이현우 교수는 “이번 연구는 양자점의 전기적 성질을 활용하려는 기술개발에 큰 도움이 될 것”이라며 “국내 학사과정을 갓 마친 학생의 연구결과가 피지컬 리뷰 레터스에 실리는 것은 극히 드문 일”이라고 밝혔다.
특히 이 논문의 저자인 김세중 씨는 지난해 2월 포스텍 사상 최고 학점(4.21점/4.3만점)으로 졸업한 ‘역대 수석 졸업생’일 뿐 아니라 학사 취득 후 발표한 논문이어서 더욱 화제를 모으고 있다.
김 씨는 지난해에도 학부졸업연구로 수행한 연구를 역시 미국물리학회가 발간하는 학술지 ‘피지컬 리뷰 비(Physical Review B)에 발표한 바 있다.
※ 콘도효과 (Kondo effect): 전자가 원자 또는 양자점과 같은 작은 나노 구조물을 통과해서 지나갈 때 생기는 양자 역학적 공명 현상. 기타 줄의 떨림에 의해 생겨난 작은 소리가 기타 울림통과 공명을 일으키며 증폭되는 현상과 유사하게 전류가 양자점 안에 갇혀 있는 전자와 공명을 일으키면 전류가 상당히 달라질 수 있다.
※ 양자점 (quantum dot): 금속 또는 반도체로 만들어진 2-10 나노미터 (1 나노미터 = 백만분의 일 mm) 크기의 작은 알갱이 모양의 나노 구조물을 지칭. 인공원자(artificial atom)라고 불리기도 한다. 금속 또는 반도체가 이렇게 작은 크기로 만들어질 경우 물질의 전기적, 광학적 성질이 달라지게 되는데 이때 생겨나는 특이한 성질을 이용해 더 우수한 성능을 가지는 반도체 레이저, 백색 LED 등을 만드는 방법들이 연구되고 있고 최근에는 양자점을 이용해 양자계산소자를 구현하는 방법, 생명과학연구에서 센서로 활용하는 방법 등도 연구되고 있다.
byun121212@daum.co.kr
