고온초전도의 비밀을 풀 열쇠, "홀스타인 폴라론" 발견

↑ 홀스타인 폴라론 입자 상상도

국내 연구진이 물질의 고온초전도 현상에 숨은 비밀을 밝혀줄 중요한 입자를 발견했다.
김근수 연세대 교수 연구진은 2차원 물질인 이황화몰리브덴에서 '홀스타인 폴라론' 입자를 발견했다고 29일 밝혔다. 고온초전도는 절대온도 영도(-273도)에 가까운 저온 초전도와 비교하여, 임계온도가 100K(-173℃)의 비교적 높은 온도에서 초전도를 나타내는 현상을 말한다.
홀스타인 폴라론은 물질 속 전자가 주변 원자를 강하게 끌어당겨 원자 배열의 왜곡을 동반하며 움직이는 합성 입자이다. 1950년대 처음 예측되었고, 고온초전도나 태양전지 효율성 저하 등 여러 물리학 난제를 설명해 줄 열쇠로기대되었으나, 지금까지 발견이 어려웠다. 연구진은 최근 초전도 현상이 보고된 2차원 물질인 이황화몰리브덴에 주목했다. 이 물질의 표면에 도핑된 전자를 분광학적 방법으로 정밀하게 측정한 결과 홀스타인 폴라론의 흔적을 발견한 것이다. 김 교수는 "2차원 물질의 전자구조 측정에 있어 세계 최고 수준의 분해능을 달성했다"며 "그렇기에 홀스타인 폴라론 입자의 미묘한 신호를 감지하는 데 성공한 것"이라고 설명했다. 김 교수는 "이번 결과는 고온초전도 현상을 폴라론 간 결합으로 설명하는 이론 모델을 뒷받침하여 후속 연구가 더욱 기대된다"며 "고온초전도와 같은 물리학의 여러 난제를 규명하는 데 있어 중요한 단초를 제공할 것"이라고 말했다.
연구결과는 국제학술지 '네이처 머티리얼스' 28일자에 게재됐다.
[원호섭 기자]