韓 개척한 ‘K-양자물리’…새 물리현상 발견부터 선도까지
2026.04.22 00:00
2016년 첫 연구, 이론 속 실제 물질로 구현...최고 학술지에 게재
인공양자물질 개발 및 초소형·초전력 차세대 스핀소자 구현 기여
우리나라가 물리학 분야의 새로운 현상을 발견해 양자 물리학의 새로운 개척자로 등극했다.
국내 연구진이 지난 15년 전 처음으로 '2차원 자성 반데르발스' 분야에 나서 지금까지 이 분야 연구를 선도해 온 것을 인정받은 것이다. 한국 물리학사 80년 만에 기념비적인 성과라는 평가가 나온다.
향후 인공 양자물질 확보와 초소형·초전력 차세대 스핀소자 개발에 기여하는 등 양자물리 연구의 새로운 지평이 될 것으로 기대된다.
과학기술정보통신부는 박제근(사진) 서울대 물리천문학부 교수 연구팀이 2015년부터 시작한 '2차원 자성 반데르발스' 분야 연구성과와 향후 전망을 집대성한 논문을 물리학계 최고 권위지 '리뷰스 오브 모던 피직스'(RMP)에 게재했다고 22일 밝혔다.
논문이 실린 RMP는 물리학 분야 세계 최고 권위를 지닌 학술지로, 해당 분야를 수 십년 간 이끈 극소수의 연구자들에게만 초청 집필 기회를 줄 정도로 게재가 매우 까다로운 것으로 정평이 나 있다.
한국인이 1저자 또는 교신저자로 이름 올린 것은 1929년 창간 이후 한 자리에 불과할 정도로 매우 드물었다. 한국인 물리학자 고 이휘소 교수가 학계에 이름을 알리게 된 것도 이 학술지에 '게이지 이론' 관련 논문을 게재하면서였다.
우리가 일상에서 흔히 접하는 자석은 부피를 가진 3차원 형태로 원자가 입체적으로 쌓여 있어 자기적 성질을 안정적으로 유지할 수 있다. 반면 원자 한 개층 두께에 불과한 2차원 평면 상태에서 자석의 성질을 발현·유지할 수 있는지는 물리학계의 오랜 난제였다.
1943년 노르웨이 물리학자 라르스 온사거가 이론적으로 가능성을 제시했으나, 아직까지 이를 실제 증명하지 못했다. 박 교수팀은 2016년 삼황화린철(FePS₃)을 떼어내 영하 118도 이하에서 자성 원자층을 추출해 2차원 자성 반데르발스 물질을 구현, 그동안 이론으로 존재했던 것을 실험으로 입증했다.
박 교수는 이 실험을 통해 2차원 자성 반데르발스 연구 분야를 처음 개척하며 지난 10년 넘게 이 분야 연구를 이끌어 왔다.
이번 논문은 박 교수가 2010년부터 연구한 내용을 총 88페이지에 걸쳐 체계적으로 정리했다. 2차원 스핀 해밀토니안의 실험적 구현부터 자기 엑시톤, 플로케 조작 등 새로운 양자 현상까지 총망라해 담았으며, 미해결 과제와 유망 연구방향도 제시했다.
박 교수의 연구성과는 학술적 가치를 넘어 차세대 스핀트로닉스 및 양자소자 기술의 핵심 기반으로 활용할 수 있을 정도로 산업적 응용 가능성이 크다.
이런 독보적인 연구 경쟁력을 인정받아 지난해 독일 막스플랑크 양자물질 국제협력센터를 서울대에 유치할 수 있었다고 과기정통부는 설명했다.
과기정통부는 박 교수의 논문 게재는 '2차원 자성 반데르발스' 분야 연구가 세계적 주류 학문으로 자리 잡았음을 의미함과 동시에 박 교수가 이 분야 최고 권위자로 국제적 공인을 받은 기념비적인 결실이라고 평가했다.
박 교수는 "2010년부터 한국에서 세계 최초로 개척한 연구가 이제는 매년 1000편 이상의 논문이 발표되고, 미국과 유럽, 중국 등 세계 주요 연구기관과 경쟁하는 글로벌 핵심 분야로 성장했다"며 "앞으로 대한민국이 양자물질 및 차세대 스핀소자 분야 세계적 허브로 도약하는 데 기여하겠다"고 말했다.
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