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8월 과기인상에 포스텍 조길영 교수…"플로케 상태 지속 구현"

송고시간2022-08-03 12:00

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과학기술정보통신부(과기정통부)는 이달의 과학기술인상 8월 수상자로 포항공과대학교(포스텍) 물리학과 조길영 교수를 선정했다고 3일 밝혔다.

조 교수는 세계 최초로 '플로케 상태'(Floquet state)를 지속해서 구현하는 데 성공해 양자 기술 발전에 기여했다는 공로를 인정받았다.

미국 MIT(매사추세츠공대)의 물리학자들이 2013년에 최초로 플로케 상태를 구현하는 데 성공했으나, 250펨토초 동안 지속되는 데 그쳐 존재 여부를 확인하는 정도만 할 수 있었다.

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조길영 포항공대 교수
조길영 포항공대 교수

[과기정통부 제공. 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 문다영 기자 = 과학기술정보통신부(과기정통부)는 이달의 과학기술인상 8월 수상자로 포항공과대학교(포스텍) 물리학과 조길영 교수를 선정했다고 3일 밝혔다.

조 교수는 세계 최초로 '플로케 상태'(Floquet state)를 지속해서 구현하는 데 성공해 양자 기술 발전에 기여했다는 공로를 인정받았다.

플로케 상태는 빛과 전자가 양자역학적으로 결합된 물질 상태로, 주기적으로 진동하는 빛이 가해지면 전기적·광학적·양자역학적 특성 등 물성이 바뀐다.

예를 들어 플로케 상태 물질에 빛의 편광이나 주파수(진동수)를 바꿔서 쏘아주면 절연 상태(전기가 잘 흐르지 않는 '부도체' 상태)와 도체 상태(전기가 잘 흐름)를 오가도록 하는 것이 가능하다.

플로케 상태에 대한 이론적 예측은 주기성을 지닌 미분방정식에 대한 프랑스 수학자 가스통 플로케(Gaston Floquet, 1847∼1920)의 연구를 양자역학에 적용해 이뤄졌으며, 이후 실제 구현에 수많은 연구자가 도전했다.

미국 MIT(매사추세츠공대)의 물리학자들이 2013년에 최초로 플로케 상태를 구현하는 데 성공했으나, 250펨토초 동안 지속되는 데 그쳐 존재 여부를 확인하는 정도만 할 수 있었다. 펨토(femto)초는 1천조분의 1초(10^(-15) 초)다.

물질의 물성을 자유롭게 조절할 수 있는 플로케 양자 상태
물질의 물성을 자유롭게 조절할 수 있는 플로케 양자 상태

[과기정통부 제공. 재판매 및 DB 금지]

그러다가 조 교수 연구팀이 안정적인 플로케 상태를 구현하는 새로운 실험법을 개발했고, 지난해 플로케 상태를 25시간 이상 지속하는 데 성공했다. 기존 연구의 지속 시간 한계를 1경(京·10^16)배 이상 개선한 수준이다.

플로케 상태를 지속하기 위해서는 물질이 받는 빛으로 인해 발생하는 열을 잡는 것이 중요한데, 이 문제를 해결한 것이다.

MIT 연구팀 등에서 짧은 시간만 플로케 상태를 유지했던 이유는 강한 빛을 물질에 가하면 온도가 급격히 올랐기 때문이다.

조 교수 연구팀은 플로케 상태의 미세한 신호를 측정할 수 있는 마이크로파와 초전도-그래핀 소자 기술을 적용했고, 그 결과 반영구적인 플로케 상태의 구현과 측정이 가능함을 보였다.

또 마이크로파의 세기를 조절하며 그래핀의 전자 구조를 조작할 수 있음을 확인했다.

조 교수는 "자연이 허락한 범위를 넘어서서 물질의 물성을 조작하는 것이 가능해졌다"며 "자유롭게 양자 상태를 조작하는 능력은 양자 컴퓨터나 양자 기술 산업에 중요한 역할을 할 것"이라고 말했다.

연구성과는 지난 3월 16일 국제학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.

조길영 교수 연구팀
조길영 교수 연구팀

[과기정통부 제공. 재판매 및 DB 금지]

zero@yna.co.kr

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