국내 연구진이 장기간 축적해 온 2차원 자성 연구가 세계 물리학계에서 주요 참고 자료로 자리매김할 전망이다. 서울대학교 박제근 교수 연구팀의 성과가 물리학 분야 최고 권위 학술지인 Reviews of Modern Physics(RMP)에 게재되면서다.
과학기술정보통신부에 따르면 이번 논문은 ‘2차원 반데르발스 자성’ 분야의 연구 흐름과 향후 전망을 종합적으로 정리한 리뷰 논문으로, 22일(한국시간) 게재됐다. 박 교수는 교신저자로 참여했으며 한국과 미국 연구자 7명이 공동 저자로 이름을 올려 국제 협력 성과도 반영됐다.
자성은 일반적으로 3차원 구조에서 안정적으로 유지되는 특성이 있으나, 원자 한 층 수준의 2차원 상태에서도 자성이 유지되는지 여부는 오랜 기간 물리학계의 주요 난제로 남아 있었다. 이론적으로는 1943년 라르스 온사거가 가능성을 제시했지만, 실험적 입증은 이루어지지 않았다.
이와 관련해 박제근 교수 연구팀은 2016년 삼황화린철(FePS3)을 활용해 영하 118도 이하 환경에서 자성을 지닌 원자층을 분리하는 데 성공하며 해당 이론을 실험적으로 증명한 것으로 알려졌다. 이는 2차원 반데르발스 자성 연구 분야가 본격적으로 형성되는 계기가 됐다.
이번에 발표된 논문은 약 88페이지 분량으로, 2010년부터 이어진 연구 과정을 체계적으로 정리한 종합 보고서 성격을 띤다. 스핀 해밀토니안 구현, 자기 엑시톤, 플로케 조작 등 다양한 양자 현상을 폭넓게 다뤘으며, 향후 해결 과제와 연구 방향도 함께 제시했다.
특히 RMP는 해당 분야에서 오랜 기간 연구를 주도한 소수 연구자에게만 집필 기회가 주어지는 학술지로, 한국인이 주요 저자로 참여한 사례는 매우 드문 것으로 전해진다. 이번 게재는 학문적 성과뿐 아니라 한국 연구진의 국제적 위상을 보여주는 사례로 평가된다.
연구팀은 이번 성과가 산업적 활용 가능성으로도 이어질 수 있다고 보고 있다. 반데르발스 자성체에서 스핀 기반 양자 현상을 제어하는 기술은 차세대 스핀트로닉스 및 양자소자 개발의 핵심 요소가 될 것으로 전망된다.
박 교수는 “국내에서 시작된 연구가 현재는 연간 1000편 이상의 논문이 발표되는 분야로 성장했다”며 “향후 양자물질과 차세대 스핀소자 분야에서 국제 경쟁력을 강화하는 데 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
