고온초전도의 비밀을 풀 열쇠, "홀스타인 폴라론" 발견

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]