전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 ICT

속보

더보기

노벨상 '별난 물질' 현실로..양자소자 활용 기대

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

나노선 위상물질 측정기술 개발
표준과학硏 연구성과

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = # 2016 노벨물리학상은 데이비드 사울리스(미국 워싱턴대), 던컨 홀데인(미국 프린스턴대), 마이클 코스털리츠(미국 브라운대) 교수 3인에게 돌아갔다. 이들은 위상학(topology)이라는 수학적 개념을 물리학에 도입, '별난 물질(exotic matter)'로 불리는 위상물질(topological matter)을 세상에 알렸다. 그로부터 3년, 전 세계는 이론에만 존재하는 이 별난 물질을 현실로 가져오기 위한 연구로 뜨겁다.

한국표준과학연구원(KRISS·원장 박상열)은 독일 쾰른대와 공동 연구로 일반 금속이나 반도체 등과 다른 특성을 지녀 '별난 물질'로 불리는 위상물질의 활용성을 높일 측정기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

KRISS 양자기술연구소 서준호 책임연구원과 쾰른대 김건우 연구위원 공동연구팀은 머리카락 1000분의 1 굵기인 나노역학소자의 공진 주파수를 분석, 위상물질의 특성을 측정하는 기술을 개발했다.

연구에 활용된 위상물질 기반 나노역학소자의 모습. 가운데 기타 줄처럼 고정돼있는 부분이 나노선(nanowire)이며 나노선의 공진을 통해 위상물질의 상태를 파악했다. 2019.10.23. [자료=한국표준과학연구원]

연구결과(논문명 "Nanomechanical characterization of quantum interference in a topological insulator nanowire")는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 10월 최신호에 게재됐다.

이번 성과는 위상물질 기반 나노역학소자 연구의 세계 최초 결과로서, 위상물질이 이론을 넘어 양자컴퓨팅, 양자통신의 기반인 양자소자로 활용할 수 있음을 시사하고 있다.

위상학은 오랜 시간 수학자들의 전유물이었지만, 최근에는 물질의 위상학적 상태에 대한 발견에 노벨물리학상을 수여하는 등 물리학의 영역을 확장시킬 수 있는 도구로 주목받고 있다.

위상학적 상태를 가진 위상물질은 '구멍의 수'로 상태를 구분한다. 찰흙으로 만든 공을 도넛 모양으로 만들려면 반드시 구멍을 만들어야 한다. 위상학의 세계에서 구멍이 없는 공과 한 개 있는 도넛은 마치 고체와 액체처럼 다른 상태인 것이다. 마찬가지로 반지는 도넛과 다르게 보이지만 구멍이 1개이므로 위상학적으로는 같다고 표현한다.

위상물질로 제작한 전자소자는 온전한 '양자 결맞음' 상태를 가질 수 있어 양자소자로 활용할 수 있다. 하지만 극히 이론적인 개념이었던 위상학을 현실에 적용하기 위해서는 아직 베일에 싸여 있는 위상물질의 특성을 완벽히 이해해야만 한다.

연구팀은 수백 나노미터(nm·1nm은 10억분의 1m)) 굵기의 위상물질 나노선 기반 역학소자를 제작, 위상물질의 가장 중요한 특성 중 하나인 전자상태 밀도에 대한 신개념 측정 기술을 시연하는 데 성공했다. 위상절연체인 비스무스셀레나이드(Bi2Se3) 화합물로 나노선을 만든 다음, 금속 박막 전극에서 수십 나노미터 떨어져 진동하도록 하여 전극을 통해 역학적 공진을 유도 및 측정했다.

나노역학소자는 나노선의 양쪽을 고정하고 띄운 형태로 기타 줄을 연상시킨다. 기타 줄을 튕기면 공진하듯 나노선도 공진을 발생시킬 수 있고 이 때 물질의 위상상태, 즉 '구멍의 수'를 알아낼 수 있다.

극저온에서 나노선 표면의 전자는 양자 결맞음이 잘 유지돼 양자간섭을 보인다.

연구진은 이를 통해 위상물질의 전기적 특성은 물론 상태밀도에 따른 공진주파수 변화까지 동시에 측정하는 데 성공했다. 또 이 같은 실험결과가 나노선의 진동과 그 표면에 존재하는 전자계의 상호작용에 의한 양자현상에 기인함을 이론 계산을 통해서 명확히 밝혀냈다.

KRISS 서준호 책임연구원은 "대표적인 반도체 소자인 트랜지스터가 나오기 전까지 실리콘이라는 반도체 물질의 특성을 파악하는 데에만 수십 년이 걸렸다"며 "이번에 개발한 역학적 공진 기반 측정기술 또한 큐빗, 스핀트로닉스 소자 등 미래 양자소자에 활용할 수 있는 위상물질의 특성을 파악하는 중요한 성과"라고 말했다. 

kimys@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
남부 호우 위기경보 '주의' 상향 [서울=뉴스핌] 최원진 기자= 정부가 남부지방을 중심으로 호우특보가 확대되면서 기습적인 폭우에 대비해 수해 대응 수준을 끌어올렸다. 행정안전부는 남부지역에 호우특보가 발효된 가운데 예상치 못한 강한 비가 추가 내릴 가능성에 대비해 16일 오전 7시를 기해 호우 위기 경보 단계를 '관심'에서 '주의'로 한 단계 상향했다고 밝혔다. [서울=뉴스핌]김광용 행정안전부 재난안전관리본부장이 4일 정부세종청사 중앙재난안전상황실에서 '재해복구사업 추진상황 점검회의'를 주재하며, 지난해 산불·호우 피해 복구 상황과 재발 방지 대책을 점검하고 있다.[사진= 행정안전부] 2026.05.04 photo@newspim.com 이에 따라 지방자치단체를 포함한 각 관계기관에는 취약 시간대 대응 체계를 강화하고, 산사태나 침수 위험 지역에 대한 선제적인 통제와 주민 대피 조치를 취하도록 지시했다. 또한 재난 예·경보 시스템을 활용해 위험 상황 시 행동 요령을 신속히 안내할 것을 주문했다. 특히 집중호우가 예상되는 지리산 인근 지역의 피해를 막기 위해 경남 현지에 현장상황관리관 3명을 긴급 파견했다. 앞서 행안부는 이날 오전 6시 30분 재난안전관리본부장 주재로 상황판단회의를 열고, 전국 주요 강수 현황과 피해 발생 여부를 점검했다.  기상청에 따르면 오전 7시 40분 기준 전남 영암·목포·해남·무안에 호우경보가 내려졌고, 전남광주·경남·제주 곳곳에 호우주의보가 발령됐다. wonjc6@newspim.com 2026-08-16 10:08
사진
서울 그린벨트 해제 초읽기 [서울=뉴스핌] 이동훈 기자 = 정부가 수도권 주택 공급 확대를 위해 7만3000가구 이상 규모의 신규 공공주택지구를 추가로 내놓는다. 이르면 다음 달 말 후보지가 공개될 것으로 예상되면서 서울 내 개발제한구역(그린벨트)이 얼마나 포함될지 관심이 커지고 있다. ◆ 서울 그린벨트 해제 여부가 최대 관심 16일 정부와 부동산업계에 따르면 국토교통부는 ′8·13 공급대책′에서 밝힌 연내 7만3000가구+α 규모의 신규택지 공급계획과 관련해 지방자치단체와 막바지 후보지 협의를 진행하고 있다. 김윤덕 국토부 장관은 지난 14일 기자간담회에서 7만3000가구 물량에 대해 "행정·실무 절차만 남아 있다"며 조만간 후보지를 발표하겠다는 뜻을 밝혔다. 김윤덕 국토교통부 장관이 13일 오전 서울 종로구 정부서울청사에서 '전월세 및 매매시장 안정을 위한 주택 신속공급 방안 및 부동산 시장 안정을 위한 금융 종합대책' 발표를 하고 있다. 왼쪽부터 김윤덕 장관, 이억원 금융위원장, 임기근 국무조정실장. [사진 = 뉴스핌DB] 앞서 정부는 서울 강서구 염창공원 일대와 경기 남양주시 와부읍 고려대 덕소농장 일대, 경기 광주시 장지동 경강선 광주역 일원 등 3곳을 신규 택지로 확정했다. 이들 지역에서 총 2만7000여가구를 공급하고 2029년 착공에 들어간다는 계획이다. 여기에 추가 신규택지 7만3000가구+α를 더해 수도권에서 총 23만가구 이상의 추가 공급을 추진한다. 시장의 관심은 서울 그린벨트에 쏠리고 있다. 정부가 추가 택지 확보에 나서면서 그동안 공급 후보지로 꾸준히 거론됐던 지역들이 다시 주목받고 있기 때문이다. 대표적으로 서초구 내곡동 예비군훈련장과 강남구 세곡·자곡동 일대, 수서차량기지, 송파구 방이동 올림픽선수촌 주변이 거론된다. 서울 인접 지역에서는 경기 하남 감북지구가 후보지로 언급된다. 이들 지역은 서울 도심과 가깝고 교통 여건도 비교적 양호해 택지로 활용할 경우 공급 효과가 큰 곳으로 평가된다. 특히 강남권 그린벨트가 포함될 경우 서울 주택 공급을 늘리는 동시에 서울 접근성이 높은 입지를 확보할 수 있다는 점에서 관심이 크다. 다만 실제 후보지 선정까지는 넘어야 할 관문이 적지 않다. 서울시는 그동안 주택 공급을 위한 그린벨트 해제에 부정적인 입장을 보여왔다. 반면 국토부는 주택 공급을 위해 필요한 경우 그린벨트 활용을 검토할 수 있다는 입장이다. 최근 김 장관이 그린벨트 해제와 관련해 서울시와의 협의가 반드시 필요한 것은 아니라는 취지의 발언을 내놓으면서 양측의 입장차도 다시 부각되고 있다. 정부와 서울시의 협의가 원만하게 이뤄지지 않을 경우 중앙정부가 공공주택지구 지정 권한 등을 활용해 사업을 추진할 수 있을지도 관심사다. 그럼에도 서울시와 지역 주민들의 반발 등을 고려하면 실제 사업 추진 과정에서 상당한 진통이 예상된다. ◆ 오세훈·김윤덕 20일 회동…공급 협의 분수령 정부와 서울시 간 협의 결과는 오는 20일 예정된 김윤덕 국토부 장관과 오세훈 서울시장의 면담에서 일부 윤곽이 드러날 가능성이 있다. 김 장관은 지난 14일 "오 시장이 요구한 사안 가운데 상당 부분은 수용했고 일부 쟁점이 남아 있다"며 지속적으로 협의하겠다는 입장을 밝혔다. 8·13 공급대책 발표 이후 정부와 서울시가 서울 지역 주택 공급 방안을 놓고 공식적으로 논의하는 자리라는 점에서 이번 회동에 관심이 쏠린다. 서울시는 그린벨트 해제보다는 정비사업 활성화와 도심 내 유휴부지 활용 등을 통한 공급 확대를 선호하는 것으로 알려졌다. 반면 정부는 정비사업만으로는 단기간에 필요한 공급 물량을 확보하기 어렵다는 판단 아래 신규택지와 그린벨트 등 가용 부지를 폭넓게 활용한다는 방침이다. 결국 이번 추가 신규택지의 핵심은 7만3000가구라는 물량 자체보다 서울 접근성이 높은 입지를 얼마나 확보할 수 있느냐가 될 전망이다. 부동산업계 관계자는 "수도권에 7만3000가구 이상의 신규택지가 추가되더라도 서울 접근성이 떨어지는 지역에 집중되면 시장의 체감 효과는 제한적일 수 있다"며 "강남권을 포함한 서울 그린벨트 활용 여부와 정부·서울시 간 협의 결과가 추가 공급대책의 성패를 좌우할 것"이라고 말했다. leedh@newspim.com 2026-08-16 15:03
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동