[글로벌대학팀 김선영 기자] 경희대학교 응용물리학과 최석호 교수 연구팀이 세계 최초로 2차원 바일 준금속에서 ‘원형 감광 기전 효과(Circular Photogalvanic Effect, CPGE)’를 실험적으로 규명했다. 지금까지 3차원 바일 준금속에서만 관측된 이 양자 효과가 2차원 평면 구조에서도 구현된 것은 이번이 처음이다.

바일 준금속은 전자가 마치 질량이 거의 없는 것처럼 빠르게 이동하며, 자기장에 민감하게 반응하는 물질로 그래핀 이후 주목받는 차세대 신소재다. 정밀 자기장 센서, 고속 전자소자, 나노 소자 등 다양한 분야에서 응용 가능성이 높으며, 특히 양자소자 개발에 필요한 핵심 물리 현상을 구현할 수 있다는 점에서 관련 연구가 활발히 이어지고 있다.

이번 실험에서 연구팀은 두께 10나노미터 이하의 위상 준금속 박막을 제작해 2차원 바일 준금속을 구현했다. 여기에 회전하는 빛을 조사한 결과, 빛의 회전 방향에 따라 흐르는 전류가 달라지는 원형 감광 기전 효과가 발생하는 것을 확인했다. 나아가 전류가 유도되는 전자 구조와 물리적 작용 메커니즘까지 함께 규명함으로써, 단순한 관찰을 넘어 이론적 설명까지 제시했다.

기존의 3차원 구조는 부피가 크고 소형화에 제약이 따랐지만, 2차원 구조는 얇고 유연한 특성 덕분에 집적화에 유리하다. 이에 따라 이번 성과는 양자 정보처리 소자나 스핀 기반 광전 소자 등 차세대 기술에서 필요한 전류 제어 원리를 실용적으로 구현할 수 있는 기반이 될 것으로 전망된다.

최석호 교수는 “그래핀 이후 차세대 신소재로 주목받는 위상 물질 분야에서 순수 이론을 넘어 실용화 단계로 나아가는 중요한 전환점”이라며 “향후 고성능 에너지 변환 장치 및 광전자 소자 개발뿐 아니라 양자컴퓨팅 같은 미래 핵심 기술의 실현을 앞당길 수 있는 중요한 돌파구가 될 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원으로 수행됐으며, 경희대 최석호·김성 교수, 장찬욱 박사, 정태진 박사과정생을 비롯해 울산대학교, 호주국립대학교, 호주 울릉공대학이 공동 참여했다. 연구 결과는 국제학술지 『Materials Today Physics』 최신 호에 게재됐다.

김선영 기자 글로벌대학팀 globalu@beyondpost.co.kr