나노기술 및 정책 정보

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● 일본 이화학연구소(RIKEN), 도쿄대학교 공동 연구진이 철계 초전도체가 나노 스케일의 ‘전자 파장’을 형성할 수 있음을 발견

● 고체 중의 전자가 서로의 운동에 강한 영향을 미치는 ‘강상관 전자계’라 불리는 물질 군에서는 전자가 특이한 모양으로 정렬될 수 있으며, 해당 전자의 모양을 알아내는 작업은 전자 사이에 작용하는 힘의 근원을 파악하는 것으로 이어질 수 있기 때문에 고체 물리학에 있어 중요한 연구 과제

● 연구진은 철계 초전도체로서 대표적인 BaFe2(As0.87P0.13)와 FeSe에 공간 분해능이 뛰어난 ‘레이저 광 전자 현미경’을 이용하여 전자의 공간 분포를 나노미터의 정밀도로 시각화했으며, 그 결과 파장 500nm 정도의 정현파(sine wave)로 나타나는 ‘전자 파장’이 있음을 발견

● 일반적으로 고체는 전자와 결정 격자로 구성되어 있고, 기존의 물성 이론에서는 전자와 결정 격자가 같은 공간 스케일의 정렬 패턴을 나타낸다고 알려져 왔지만, 관측된 너울은 결정 격자의 스케일(nm)보다 100배 정도 큰 주기였으며 결정 격자와 독립된 ‘전자 파장’으로 간주

● 해당 연구 결과를 통해 전자와 결정 격자가 다른 정렬 패턴을 취하는 것을 가능하게 하는, 전자 사이에서만 작용하는 미지의 힘이 존재하는 것으로 추측되며, 이는 네마틱(nematic) 질서의 본질에 다가가는 발견으로 새로운 물성 이론의 틀이 필요할 것으로 확인 

● 향후 본 연구 성과를 바탕으로 새로운 물성 이론이 구축되는 한편, 구리 산화물 고온 초전도체와 같은 네마틱 질서를 나타내는 다른 물질 군에 대한 연구가 전개될 것으로 기대

※ Science 게재(2021.09.03.), “Discovery of mesoscopic nematicity wave in iron-based superconductors”