한국연구재단(이사장 노정혜)은 조준형 한양대학교 교수 연구팀이 2차원 카고메 격자 물질에서 플랫밴드의 존재를 입증하고 강자성의 원인을 규명했다고 26일 밝혔다.

고체 내 전자들의 배열 상태는 물질의 특성과 밀접한 연관이 있다. 특히 전자들이 국소적으로 밀집돼 플랫밴드 상태일 때는 강자성을 비롯해 독특한 양자 상태를 가진다. 플랫밴드는 전자들의 국소화에 의해 준입자들이 매우 무거운 유효 질량을 가질 때의 밴드 구조다.

연구계에서는 이를 규명하고 응용하기 위한 연구가 진행 중이지만, 플랫밴드는 아직까지 인위적 구조물에서만 발견될 뿐이며 그 원리도 많이 밝혀지지 않았다.

연구팀은 자연계에 존재하는 '철 기반 고체물질(Fe3Sn2)'에서 플랫밴드의 존재를 관찰했다. 또 플랫밴드를 갖는 기하학적인 전자 구조에 의해 강자성 현상이 생긴다는 것을 밝혀냈다.

철 기반 고체물질은 마치 대나무로 바구니를 엮은 듯한 형태로 입자가 배열돼 있다. 연구팀은 육각형의 상호 네트워크에서 국소적으로 분자 내 전자 교환상호작용이 일어나면서 강자성이 형성됨을 확인했다.

조준형 교수는 "이번 연구는 자연계에서 존재하는 철 기반 고체물질에서 처음으로 플랫밴드의 존재를 입증하고 카고메 격자가 가지는 강자성의 원인을 규명한 것"이라며 "강자성 현상, 고온 분수양자홀 효과, 고온초전도와 같은 다양한 양자현상을 실현할 수 있는 밑거름이 될 것"이라고 말했다.

한편, 실험 연구는 젱창간 중국과학기술대학 교수가 수행했다. 이론 연구는 조준형 교수, 최진호 한양대 박사, 이세호 한양대 박사과정생이 주도했다. 연구결과는 물리학 분야 학술지 '피지컬 리뷰 레터스'에 지난 24일 자로 게재됐고 편집자 추천 논문으로 선정됐다.