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박제근 서울대 물리천문학부 교수 "논문·인용수 기준 평가에서 벗어나야"

원자 한 층 두께의 초박형 자석을 세계 최초로 구현한 한국 연구팀의 15년 연구가 전 세계 물리학계의 표준 지침서로 완성됐다.

과학기술정보통신부(과기정통부)는 박제근 서울대 물리천문학부 교수 연구팀이 원자 한 층 두께의 2차원 자석 연구를 집대성한 논문을 미국물리학회가 발행하는 물리학 분야 권위지 '리뷰스 오브 모던 피직스'(RMP)에 22일(현지시간) 게재했다고 밝혔다.

RMP에 실린 이번 논문은 박제근 교수 팀이 15년간 쌓아온 연구를 88페이지, 단행본으로는 250페이지 분량으로 집대성한 것이다. 미해결 과제와 향후 연구 방향을 선제적으로 제시해 전 세계 학자들이 따라야 할 국제 표준 교과서 역할을 하게 될 전망이다.

RMP는 수십 년간 물리학을 이끈 극소수 연구자에게만 초청 집필 기회가 주어지는 학술지다. 1929년 창간 이후 한국인이 교신저자로 이름을 올린 경우는 한 자릿수에 불과하다.

박제근 교수는 2010년 "세상에서 가장 얇은 자석은 가능한가"라는 질문을 품고 연구를 시작했다. 우리가 아는 자석은 수억 개의 원자가 입체적으로 쌓인 3차원 형태다. 원자 한 층 두께의 2차원 평면에서도 자석 성질이 유지될 수 있는지는 물리학계의 오랜 난제다. 1943년 노르웨이 물리학자 라르스 온사거가 이론적으로 가능성을 제시했지만 이후 73년간 교과서에만 존재하던 가설이다.

박제근 교수 연구팀은 2016년 삼황화린철(FePS3)이라는 물질을 종잇장처럼 얇게 벗겨내 영하 118도 이하에서 자석 성질을 띠는 원자층을 추출하는 데 성공했다. 반데르발스 물질은 원자층과 원자층 사이의 결합이 약해 포스트잇처럼 한 층씩 떼어낼 수 있는 물질이다. 연구팀은 자성을 띠는 2차원 반데르발스 물질을 세계 최초로 실험으로 구현했고 온사거의 이론이 73년 만에 실험으로 검증됐다.

성과가 알려지자 전세계 연구자들이 경쟁적으로 뛰어들기 시작했다. 현재 연간 1000편 이상의 논문이 쏟아지는 물리학의 핵심 분야로 발전했다. 초기 주요 연구에서 세계 최초로 보고된 물질의 절반 가까이가 박제근 교수 연구실에서 나왔다.

2차원 반데르발스 자성체에서 나타나는 다양한 물리 현상을 정리한 개념도. 벌집 모양 격자 위에서 자성의 방향이 달라지는 현상부터 빛, 전기장, 변형력 등 외부 자극으로 자성을 제어하는 방법, 물질 가장자리에 나타나는 특수한 전자 상태까지 하나의 2차원 평면에서 일어나는 현상들을 한눈에 보여준다. 박제근 교수 제공

2차원 자성 반데르발스 물질은 산업 응용 가능성도 주목받는다. 1나노미터(nm, 10억분의 1미터)가 채 안 되는 두께의 자석을 활용하면 초소형·초저전력 스핀 소자 개발이 가능하다. 스핀트로닉스 기반의 차세대 자기 메모리, 초고속 스위칭 소자 등에 활용될 것으로 기대된다. 연구팀은 빛으로 물질의 자기 상태를 초고속으로 조절하는 기술도 구현했다.

박제근 교수는 이번 성과가 한국 기초과학의 전환점이라는 점을 강조했다. 그는 "지난 20년 넘게 한국 과학계는 빠른 추격자에서 선도자로 가야 한다고 했지만 정작 한국 연구자가 세계 최초로 개척한 분야는 드물다"며 "자성 반데르발스 연구는 한국에서 개척된 세계 최초의 연구 분야"라고 밝혔다.

한국 연구 평가 문화도 바뀌어야 한다는 제언도 있었다. 박제근 교수는 "논문이 어느 저널에 실렸는지, 인용 수가 얼마인지 묻는 질문에서 '어떤 분야를 세계 최초로 개척했는가'로 질문이 바뀔 때 과학자들이 새로운 연구 개척에 나설 것"이라고 강조했다.

<참고>
doi.org/10.1103/2pff-xy6n

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韓 개척 '가장 얇은 자석' 연구, 전세계 물리학 표준 교과서 됐다

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