UNIST·강원대, 코발트 산화물 박막으로 '양자 요동' 증가 성공
차세대 양자 컴퓨팅의 핵심 소재인 양자 스핀 액체가 코발트 기반 벌집 구조 산화물에서 구현 가능하다는 연구 결과가 나왔다.
18일 울산과학기술원(UNIST)에 따르면 물리학과 손창희 교수와 강원대 반도체물리학과 김흥식 교수 공동 연구팀은 코발트 기반 벌집 구조 산화물에서 양자 요동을 증가시키는 데 성공했다.
이는 양자 스핀 액체 구현 가능성을 세계 최초로 확인한 것이라고 연구팀은 밝혔다.
일반 자석은 온도가 낮아지면 물이 얼음으로 변하는 것처럼 전자의 스핀이 정렬된다.
그러나 양자 스핀 액체는 극저온에서도 스핀이 정렬되지 않고 액체 상태를 유지한다.
1973년 노벨 물리학상 수상자인 필립 앤더슨 교수는 양자 스핀 액체의 존재 가능성을 제안했으나 구현하기가 쉽지 않았다.
대부분의 양자 스핀 후보 물질은 강한 양자 요동이 없어 스핀 정렬을 억제하기 어려웠기 때문이다.
연구팀은 코발트 기반 벌집 구조 산화물을 얇은 박막으로 제작해 결정 구조의 변형을 성공적으로 제어했다.
양자 요동을 증가시켜 스핀 정렬 온도를 절반 이하로 낮춘 것이다.
특히 연구팀은 격자 뒤틀림 제어가 양자 요동을 증가시키는 핵심 변수임을 입증했다고 설명했다.
손창희 교수는 "이번 연구로 박막 구조가 양자 스핀 액체 후보 물질의 스핀 상호작용을 효과적으로 조절할 수 있음을 확인했다"며 "양자 스핀 액체가 박막 형태로 구현된다면 양자 오류 정정이 필요 없는 위상 양자 컴퓨터 구현이 가능할 수 있다"고 말했다.
연구 결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances)에 지난 7월 5일 온라인으로 게재됐다.
연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단, 포항가속기연구소의 지원을 받았다.
연합뉴스 김용태 yongtae@yna.co.kr
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