아주대 물리학과, 전자의 무게와 무관한 새로운 전류 법칙 발견

아주대학교는 본교 물리학과가 포함된 공동연구팀이 전자의 무게와 상관 없이 빛에 동일한 세기로 반응하는 새로운 형태의 전류 법칙을 발견했다고 15일 밝혔다.

기존 고체물리학에서는 물질에 빛을 비췄을 때 전류가 흐르는 세기(광전도도)가 전자의 유효 질량에 의해 결정된다고 판단했다. 전자가 무거울 경우 전류의 반응이 둔하고 가벼우면 빠르다는 것이다.

그러나 임준원 아주대 물리학과 연구팀은 케임브리지대·도쿄대·중앙대·한양대와 공동 연구를 진행해, 금속과 비금속의 중간 성질을 가진 특정 반금속 체계에서는 이러한 통념이 성립하지 않는 사실을 규명했다.

연구팀은 '포물선형 밴드 접촉 반금속', 즉 전자들이 움직이는 에너지 띠가 포물선 모양으로 서로 맞닿아 있는 반금속 체계에서는 광전도도가 전자의 무게와 관계 없이 오직 전자 상태의 구조적 특성인 양자 기하학적 성질에 의해서만 결정된다는 점을 확인했다고 밝혔다.

이 같은 결과를 기반으로 신소재로 각광받아온 이중 층 그래핀의 독특한 광학 현상 원인이 양자 기하학에 있었다는 새로운 해석도 내놓았다.

연구팀은 이번 연구 결과를 활용하면 비교적 간단한 빛 측정 작업만으로도 물질의 양자 정보를 추출할 수 있을 것으로 보인다고 설명했다.

임 교수는 "이번 연구는 전자의 질량뿐만 아닌 양자 상태의 기하학적 구조 자체가 물질의 보편적 성질을 결정할 수 있다는 점을 보여줬다"며 "연구 결과가 차세대 양자 및 광전자 산업 전반에 큰 파급 효과를 불러올 것으로 전망한다"고 말했다.

이번 연구 결과는 최근 국제 저명 학술지인 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances)'에 게재됐다.