[금강일보 김미진 기자] 한국표준과학연구원(KRISS)은 첨단측정장비연구소 문창연 책임연구원이 신물질로 주목받는 ‘훈트금속’에서 자성이 생기는 원리를 컴퓨터 시뮬레이션 실험을 통해 세계 최초로 밝혔다고 22일 밝혔다.

훈트금속을 포함한 특정 물질들은 전자 간 거리가 매우 가까워 전자끼리 서로 강하게 상호작용하므로 평균에서 벗어나는 전자의 움직임이 중요하다. 훈트금속은 전기저항 없이 전류가 흐르는 초전도 현상을 나타내거나 외부 조건의 미세한 변화에도 물성이 크게 바뀌는 특성을 갖는다.

이에 기존 반도체 소재를 뛰어넘는 응용 가능성으로 주목받고 있다. 기존 반도체, 금속 물질 등에서 나타나는 것처럼 일반적으로 자성은 일정한 크기의 전자스핀이 고정돼 나타난다.

반면, 훈트금속에서는 전자스핀이 시간에 따라 무작위로 방향을 바꾸는 스핀요동 현상이 나타난다. 스핀요동은 펨토 초(1000조 분의 1 초) 영역의 매우 짧은 시간대에서 일어나 실험적으로 관찰이 어렵다. 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이를 관찰했다.

컴퓨터 시뮬레이션은 실험과 달리 물질의 구조나 상태를 필요에 따라 자유롭게 바꿀 수 있어 관찰 영역의 시공간적 제약을 받지 않는다. 원자 수준의 정밀한 측정기술 개발을 목표로 하는 KRISS에서 선도적 실험 목표를 설정하는 데 꼭 필요한 방법이다.

문 책임연구원은 전자 간 복잡한 상호작용을 효과적으로 모사할 수 있는 이론적 방법론을 적용, 훈트금속에서 자성이 생기는 원리를 밝혔다. 또한, 전자스핀의 방향이 바뀌는 빈도에 따라 자성의 크기가 크게 달라짐을 발견했다.

그는 “훈트금속의 자성은 초전도성이나 전기전도도 등 다른 물성과 밀접하게 연관돼 있다”면서 “초전도 기술의 상온 구현이나 전도체-절연체 전이 현상을 이용한 새로운 전자소자 구현 등에 폭넓게 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

김미진 기자 kmj0044@ggilbo.com