국내 연구진이 물질의 고온초전도 현상에 숨은 비밀을 밝혀줄 중요한 입자를 발견했습니다. 연세대학교 김근수 교수 연구팀은 2차원 물질 이황화몰리브덴(MoS2)에서 '홀스타인 폴라론' 입자를 발견했다고 밝혔습니다.
홀스타인 폴라론은 물질 속 전자가 주변 원자를 강하게 끌어당겨 원자 배열의 왜곡을 동반해 움직이는 합성 입자입니다. 1950년대 처음 예측됐고, 고온초전도나 태양전지 효율성 저하 등 여러 물리학 난제를 설명할 열쇠로 기대를 모았지만 지금까지 발견이 어려웠죠.
연구팀은 최근 초전도 현상이 보고된 2차원 물질인 이황화몰리브덴에 주목했습니다. 이 물질의 표면에 도핑된 전자를 분광학적 방법으로 정밀하게 측정한 결과 홀스타인 폴라론의 흔적을 발견한 겁니다. 2차원 물질의 전자구조 측정 부분에서 세계 최고 수준의 분해능을 달성했기에 홀스타인 폴라론 입자의 미묘한 신호를 감지할 수 있었다고 하네요.
또 연구팀은 초전도성이 나타날 때 폴라론 입자의 결합 세기가 점차 증가함을 밝히기도 했습니다. 폴라론 입자와 초전도 현상간의 숨은 연관성을 발견한 거죠. 이 결과는 고온초전도 현상을 폴라론 간의 결합으로 설명하는 이론 모델을 뒷받침하기 때문에 후속 연구가 기대된다고 합니다.
김근수 교수는 "2차원 물질의 제어 가능한 물성을 이용하여 중요한 합성 입자를 발견한 사례"라며, "고온초전도와 같은 물리학의 여러 난제를 규명하는 데 있어 중요한 단초를 제공할 것"이라고 연구의 의의를 설명했습니다. 한편, 이 연구는 <Nature Materials>에 5월 28일 게재됐습니다.
