실리콘 대체 후보 '이리듐 산화물' 절연현상 원인 규명

한양대 조준형 교수 "실리콘 대체 신물질 기초물성 이해 및 활용성 확대 기여"

국내 연구진이 새로운 물리현상으로 실리콘을대체할 후보물질로 주목받는 이리듐 산화물(CaIrO₃)에서 나타나는 전기가 흐르지않는 현상의 원인을 밝혀냈다.

한양대 물리학과 조준형 교수팀은 27일 미국 아이오와대 연구진과 함께 낮은 온도에서 이리듐 산화물에 전기가 흐르지 않는 이유가 기존에 '모트(Mott) 절연 현상'이 아니라 '슬레이터(Slater) 절연현상' 때문이라는 사실을 증명했다고 밝혔다.

한국연구재단 기초연구사업 지원으로 수행된 이 연구 결과 물리학 국제학술지 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters, 8월 28일자)에 게재됐다.

이리듐 산화물 중 하나인 칼슘 이리듐 산화물(CaIrO₃)은 저온에서 전기가 흐르지 않는 성질을 보이는데 지금까지는 그 원인이 전자들 사이에서 서로 밀어내려는힘이 강해 전자들의 움직임이 방해받아 전기가 흐르지 않는 '모트 절연'으로 알려졌다.

그러나 이런 현상에 대해 전자의 스핀이 인접한 스핀과 반대로 정렬하는 반강자성 상태가 돼 전자들이 이동하지 못하는 '슬레이터 절연' 현상일 수 있다는 주장이제기돼 학계에서 논란이 돼왔다.

연구진은 이 연구에서 절연체 내 전자들의 상태를 양자역학 이론을 적용해 컴퓨터로 계산하고, 고체의 전자구조 계산 시뮬레이션 분야에서 개발된 다양한 수치적방법으로 전자들 사이의 상호작용을 분석, 칼슘 이리듐 산화물이 슬레이터 절연체라는 사실을 증명했다.

연구진은 연구 결과 이리듐 산화물에 전기가 흐르지 않는 것은 전자들 사이의척력 때문이 아니라 전자가 갖는 스핀의 방향이 고정되기 때문으로 밝혀졌다며 많은논란이 돼온 이리듐 산화물의 절연체 상의 원인을 규명함으로써 이리듐 산화물의 기초 물성을 이해하는 데 새로운 전기를 마련하게 됐다고 설명했다.

조준형 교수는 "이리듐산화물은 전기와 자성을 동시에 띠기 때문에 물질 조성에따라 금속, 반도체, 초전도체, 자성체로 폭넓게 쓰일 수 있어 실리콘을 대체할 신물질로 주목받고 있다"며 "이 연구 성과가 이리듐 산화물의 기초물성을 이해하고 기술·산업적 활용성을 높이는 데 기여할 것"이라고 말했다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>