[파퓰러사이언스 이고운 기자] 2차원 물질의 특성을 설명하기 위해 과학자들은 이론적 모델을 세우고 실험으로 검증하려 한다. 대표적 모델로는 이징 모델(Ising model), XY모델(XY model), 하이젠베르크 모델(Heisenberg model) 세가지가 있으며 각각 모델과 관련해 모두 노벨상이 수여됐을 정도로 학술적으로 아주 중요하다. 그러나 실험적으로 직접 모델을 검증한 경우는 드물었다.

10여년의 연구 끝에 국내에서 탄생한 2차원 자성 반데르발스 물질은 세 모델을 모두 검증할 수 있는 테스트베드가 될 것으로 기대하고 있다.

기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) 강상관계물질 연구단 박제근 부연구단장(서울대 물리천문학부 교수)이 개척한 ‘자성 반데르발스 물질(van der Waals)’분야 연구에 세계 최고 권위 학술지 네이처지가 주목했다고 밝혔다. 

박제근 부연구단장은 케네스 버크(Kenneth Burch) 미국 보스턴대 교수, 데이비드 만드러스(David Mandrus) 미국 테네시주립대 교수와 함께 자성 반데르발스 물질의 등장이 물리학 연구에 미친 영향을 소개하고, 향후 개척 가능한 연구 및 응용 분야를 제시한 리뷰논문을 네이처 11월 1일(한국시간) 자 <Perspective> 코너에 게재했다.

이번 연구는 70년이 넘도록 이론적으로만 예측돼온 2차원 물질의 스핀 특성을 실험적으로 관찰하게 해줄 열쇠라는 것이 핵심이다.

또한 2차원 자성 반데르발스 물질을 통한 스핀 모델 검증은 학문적 진전 외에도 산업적으로 큰 영향을 줄 것으로 기대된다. 물리학자들이 숙원인 ‘두께 없는 2차원 자석’을 구현하고, 더 나아가 초소형 컴퓨터, 스핀 메모리 소자 등 기존 물리적 현상을 뛰어넘는 새로운 소자를 개발하는 이론적 토대가 되기 때문이다.

박 부연구단장은 “자성 반데르발스 물질은 다른 2차원 물질과의 조합을 통해 기존에 없던 완전히 새로운 소재로 바뀔 수 있어 그 쓰임이 무궁무진하다”며 “자성 반데르발스 물질 연구는 이제 막 태동한 신생 분야로, 이번 <Perspective> 논문 게재는 국내에서 개척한 연구가 세계적인 주목을 받고 있다는 것을 증명했다는 의미가 있다”고 말했다.

한편, 강상관계물질 연구단은 2차원 자성 반데르발스 물질을 이용해 이징 모델을 규명한 데 이어, 현재 2차원 XY모델을 검증한 연구 성과를 논문으로 투고해 심사 중에 있다. 이와 함께 하이젠베르크 모델에 대한 연구와 2차원 자성현상을 실시간으로 관찰하는 연구도 병행 중이다.