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원자력연구개발기구(JAEA) 시스템계산과학센터, 미국 매사추세츠공과대학(Massachusetts Institute of Technology)의 국제 공동 연구그룹이 중원소 화합물 등 다수의 전자가 서로 강하게 영향을 주며 운동하는 물질의 행동을 분석할 수 있게 하는, 기존과는 다른 이론을 고안함. 지금까지 고온 초전도체 등에서 관측되고 있는 특이한 현상(‘페르미 아크(fermi arc)’라 불리는 양자 현상)이 중원소 화합물에서도 관찰될 수 있음을 세계 최초로 예언함.

연구진은 서로 강하게 영향을 미치는 전자 집단이 특이한 성질을 나타내는 중원소 화합물의 전자 행동에 주목, 다른 전자의 영향을 강하게 받으면서 운동하는 전자를 표현하는 방법을 연구함.

다른 전자를 배경으로 간주하고 해석하는 경우, 기존의 양자 역학 개념을 사용하여 왔으나, 연구진은 중원소 화합물의 전자가 비교적 자유롭게 움직일 수 있는 전자와 다른 전자의 영향을 강하게 받는 전자의 두 가지 측면을 갖는다는 특징에 주목하여 기존과는 다른 양자 역학 원리를 이용함으로써, 보다 정확하게 그 운동을 파악할 수 있음을 세계 최초로 발견함. 발견한 이론을 이용하여 계산한 결과, 중원소 화합물에서는 발견되지 않았던 특이한 현상(페르미 아크)을 이론적으로 예측할 수 있게 됨.

본 성과에 기반하여 예언되는 현상이 실제로 관측될 경우, 향후 고온 초전도 등 혁신적인 기능을 가진 물질의 발견하는 등 물질의 기본 성질을 이해하는 큰 단서가 될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Physical Review Letters(DMFT Reveals the Non-Hermitian Topology and Fermi Arcs in Heavy-Fermion Systems)에 게재됨.