고온 초전도체의 원리를 밝힐 단서가 발견되었다?! 전자가 액체도, 고체도 아닌 새로운 상태로 존재한다?! 전자 결정이란 과연 무엇일까?! (연세대학교 김근수 교수)

왜 선정리 안 하고 저거 걸리면 어떡하냐고 그러는데 저게 최대한으로 해놓은 거예요. 인사할 시간도 많습니다. 여러분의 시간을 낭비해드릴 일 이지만 쿨한 과 랩 미팅입니다. 반갑습니다. 교수님들. 오늘 또 얼마 전에 나와서 너무나 익숙한 연세대학교 김근수 교수님 모셨습니다. 반갑습니다. 김근수 교수님은 지금 안 계시 잖아요 한국에 그렇죠. 연구니원이라서 체리룸 미국에 하고 있습니다. 저번에도 그렇고 이번에도 그렇 고 너무나 중요한 연구결과가 있어서 7월 말에 논문이 나오고 금방 바로 저희가 모셔서 8월에 그때 암흑 전자 괴도님과 함께 진행을 했 었는데 그때도 네이처 피직스였 거든요. 그런데 딱 두 달 정도 지난 지금 또 네이처 이번에 네이처 본지 아닙 니까 본지 네. 본지입니다. 네이처 본지에 아직 네이처에 올라가지도 않았어요. 이번 주 목요일날 정식 게재가 될 건데 너무나 중요한 뭔가 이런 하고 있다가 뭔가 실험으로 처음으로 검증했을 때 대표적인 게 약간 힉스 선생님 너무나 오랫동안 이론으로 만 있었지 않으셨습니까 그렇죠. 그리고 검증되고 그다음에 바로 노벨상 받은 거죠. 그런 걸 해내셨습니다. 그래 가지고 오늘 사실 쉽진 않아요 . 미리 얘기를 해놓는 게 좋겠네요 . 미리 말씀을 드리지만 진짜 재밌는데 쉽진 않다. 학생이 1저자죠 네. 학생이 1저자입니다. 학생이 1저자시고 학생이 얼마 안 됐습니다. 하기 시작한 지 이제 2년 2년 지났습니다. 그러니까요. 학생은 탄탄대로에요. 2년 지났는데 네이처가 1저자로 본진으로 나온다는 게 제가 엄청 생색내고 있습니다 지금 . 오늘 엄청난 이야기를 한 번 해보도록 하겠습니다. 물질의 상태에 대한 것부터 한 번 해봐야 될 것 같아요. 물의 상태에 대한 그렇죠. 이 도표를 보여주고 있는 건데 이건 물이에요 물. 네. 물입니다. 제가 아시는 것처럼 세 가지의 아주 유명한 물질의 상태가 있죠. 하나가 고체 딱한 거 그다음에 액체 뭔가 이렇게 흐느적거리는 거고 기체 우리 주변에 있는 공기 같은 그런 게 있습니다. 그리고 삼중점 이런 거 해서 도 표를 배웠던 거 좀 기억을 하시길 바라 는데 그럼요. 이게 좀 일반적인 물질의 상태라고 한다면 상당히 흥미로운 우리 물리학 자들 아주 흥분하게 하는 독특한 상태들이 또 자연에 존재해. 있죠. 그거를 제가 두 개 정도 언급을 하면서 연구에 대해서 소개를 좀 해드리려고 하는데요. 첫 번째로 말씀드릴 게 바로 초유체 라는 겁니다. 초유체. 이게 뭐냐면 일단 영상을 좀 보시면 갑자기 온도를 지금 낮추고 있는 건데 지금 뭔가 상태가 확 변했다는 걸 혹시 교수님들 보셨을지 모르 겠는데 이게 부글부글 끓고 있는데 온도를 내려서 2도 2켈빈보다 온도 가 더 아래로 내려가면 지금 방금 여기서 보시는 것처럼 갑자기 물질의 상태가 달라집니다. 그렇죠. 부글부글 끓는 게 갑자기 사라지고 마치 젤리처럼 이렇게 이게 초유체 현상이고 아까 전에 말씀드린 물질의 상태 중에는 액체 에서 출발해서 이게 헬륨 헬륨으로 이루어진 건데 헬륨이 액체 상태 에 있다가 온도를 계속 내리게 되면 2켈빈 아래로 내려갔을 때 지금 이 보시는 것과 같은 초유체 상태로 들어가게 됩니다. 그래서 여기 써있는 것처럼 초유체 라는 것은 물질의 점성이 사라지 고 사실 이게 부글부글 끓는 게 쉽게 말해 온도가 고르지 않기 때문 인데 초유체 상태가 되면 온도 가 삽시간에 마치 물질이 한 봉 처럼 온도가 퍼지게 됩니다. 그래서 지금 보시는 것처럼 끓는 게 없어지는 그런 아주 흥미로운 현상을 보여주게 되는 거죠. 헬륨이 되게 특이하지 않습니까 고체는 안 돼요. 안 되죠. 그래서 그런 거 있잖아요. 우주가 종말이 된다. 빅프리즈라고 해서 우주가 완전히 팽창을 해버려서 껑껑 얼어버린 다고 하더라도 헬륨은 그대로 계속 액체죠. 헬륨은 그 상태로 액체로 남아 있는 거죠. 초유체라는 것도 액체가 온도를 내리면 말씀하신 것처럼 고체가 될 거라고 예상을 할 텐데 그게 아니라 뭔가 또 다른 초유체라는 액체가 또 되는 거니까 그게 이제 왜 그런지 대강의 설명은 있습니다 만 아주 구체적인 설명이 아직은 없다고 그렇게 말씀드릴 수 있습니다. 그렇죠. 특이한 현상이죠. 매우 특이한 현상이라고 볼 수 있습니다. 네. 그다음은 아마 또 많이들 아실 것 같은데 초전도 현상이고요. 그렇죠. 이건 이제 고체 중에 고체 중에 일부 고체가 특히 전도체들이나 아니면 도핑이 많이 된 절연체들이 보이는 현상인데 갑자기 특정 온도 아래 에서 물질의 저항이 사라져버리는 그런 현상으로 아마 잘 알고 계실 거고 사실 초전도 하면 저항이 사라지는 게 주요 특징 중 하나인데 또 다른 특징으로 잘 알려져 있는 게 지금 보시는 것 같은 마이스너 효과 혹은 자기 부상 이런 효과가 또 좀 시각 적으로 좀 와닿죠. 여기서 지금 보시는 게 그래서 마치 레이스트랙을 위에 붕 떠서 움직이는 것처럼 이런 현상을 보여주게 됩니다. 너무 많이 보셨을 거예요. 네. 이건 아주 익숙하실 것 같아요. 그래서 지난번에 암흑전자와 관련됐던 게 이제 이 초전도체와 관련된 맞습니다. 얘기 아니었습니까 맞습니다. 암흑전자 기억 안 나시는 분들은 저희 영상 있으니까 암흑전자 이거 설명 듣고 나중에 보러 가시면 좋을 것 같습니다. 그래서 이어서 좀 이제 구체적인 말씀을 드릴 건데 처음에 간단하게 설명을 드린 기체액체 고체의 경우에는 우리가 마치 현미경 같은 걸 이용 해서 구체적으로 원자들의 모습을 보면 어떻게 보일 것이냐를 지금 형상화해서 보여드리고 있는 그림 인데요. 아시는 것처럼 고체는 아주 주기 적인 규칙적인 저런 배열을 가지고 있습니다. 원자들이 저렇게 배열이 되어 있는 거죠. 그다음에 기체는 약간 원자와 원자 가 거의 근처에 가까워질 정도로 서로 이제 상호작용을 안 하기 때문에 보시는 것처럼 거의 무작위로 분포 가 되어 있다 이렇게 보시면 되고 이제 액체는 뭔가 그 중간 어딘가 죠. 그렇죠. 분명히 고체와는 달리 주기적인 특징은 없지만 그렇다고 해서 기체 처럼 완전히 무작위도 아니고 제가 조금 전문용어로 말씀드리면 평균 원자 간격 정도는 존재하는 게 액체 다 이렇게 소개를 해 드릴 수 있습니다. 그렇게 어려운 말은 또 아니에요 . 아쉽네요. 그런 용기는 숏레인지거든. 그럼요. 네. 이런 정도 아시면 오늘 내용을 이해 하시는데 아주 도움이 될 것 같습니다. 그런데 방금 말씀드리는 건 원자 잖습니까 네. 원자죠. 그래서 우리가 방금 세 종류 중에 고체를 선택해서 고체 안에 모습을 조금 더 들여다보려고 하는데 지금 보시는 게 이제 고체의 원자를 플러스 를 담고 있는 동그라미로 표시를 한 거고 그 주변에 돌아다니는 전자 를 같이 표시를 했습니다. 원자가 있으니까 당연히 붙어있는 전자가 좀 있을 텐데요. 이 고체 안에 모습을 이렇게 보시게 되면 원자가 아보가드로 숫자 정도로 굉장히 단위 면적당 많이 들어있고 엄청 많은 거예요. 그렇죠. 그런데 이제 아까 전에 말씀드린 것처럼 원자는 대신에 이렇게 규칙 적 배열을 갖고 있으니까 우리가 고체에서 원자들은 당연히 움직이지 않겠죠. 그런데 전자의 경우는 반면 전자의 경우는 보통 절연체는 고체 안에서도 전자가 움직이지 못하는데 우리가 오늘 좀 얘기할 것은 도체라든지 아니면 반도체 즉 도피 된 절연체로서 반도체가 되면 제가 저기 예시로 써놓은 정도의 자유롭게 움직일 수 있는 전자가 있습니다. 그래서 단위 면적당 10승계 이상 저것도 분명히 많죠. 진짜 많죠. 네. 엄청 많습니다. 그런데 저런 전자가 있는데 이 전자 들은 아마도 잘 아시는 것처럼 아주 자유롭게 고체 안에서 움직일 수가 있습니다. 그렇죠. 사실 저게 간단한 이해로서 우리가 그래서 물질에 전압차를 걸어주면 전류가 흐르죠. 전자에 흐름이 생기죠. 맞아요. 그걸 다 이용해서 전기신호로 쓰고 우리가 반도체 기술 같은 게 모두 가능해집니다. 그게 전부 다 그 전자가 마치 기체 처럼 자유롭게 움직이는 것으로 간주할 수 있는 그런 상황에 있기 때문이고요. 그러다 보니까 저희가 고체물리학 이라는 걸 연구하는 저희들은 제가 아래 지금 적어놓은 것처럼 전자하고 원자가 어떻게 상호작용하는지 에도 관심을 많이 두지만 사실 전자가 기체처럼만 움직이는 게 아니라 어떤 조건에서는 전자하고 전자간의 상호작용이 굉장히 커질 수 있어요. 그렇죠. 기본적으로 우리가 많은 물질들을 우리가 일반적으로 생각하는 물질 들에 대해서는 전자하고 원자의 상호작용을 가장 많이 신경을 쓰 죠. 맞습니다. 그런데 고체물리학에서는 전자하고 전자 사이의 상호작용을 연구를 하는 게 고체물리학의 중심적인 내용이라고 볼 수 있겠죠. 조금 더 구체적으로 말씀드리면 저 전자전자 상호작용이 수학적으로 해석적으로 간단하게 풀리지가 않습니다. 그러니까 저것이 정확하게 어떻게 돼야 되는지를 알 수가 없고 우리는 반드시 근사를 해야 되거든요. 그러면 이제 이론적인 도전이 생기는 거죠. 우리가 저걸 어떻게 근사하냐에 따라서 전자전자 상호작용을 어떻게 이해할 수 있냐가 좀 달라지고 그러다 보니까 이론이 완벽할 수가 없기 때문에 실험이 또 가이드를 해줘야 되는 그런 것도 필요하고요. 그렇기 때문에 저게 이제 제가 써놓은 것처럼 고체물리학의 중심화두 다 이렇게 말씀을 드릴 수 있습니다. 그래서 아까 이 그림에서 이제 지금 원래는 일반적으로 전류가 흐르던 지 이럴 때는 전자가 기체상태의 모습이라고 볼 수가 있는 거죠 그런 거죠. 그런데 전자가 이 액체상태가 형태가 될 수도 있고 고체상태의 모습도 될 수가 있다. 그런데 흔히 나타나는 현상은 아닌 거잖아요. 그렇죠. 보통의 경우는 전자전자 상호작용 을 무시해도 큰 문제가 없습니다. 우리 반도체에서 특히나 그런데 이제 아까 전에 제가 말씀드린 고체 액체 기체 말고 그러니까 초전도체 라든지 초유체 같은 현상에서는 우리가 뭔가 저런 아직 완벽하게 다루지 않았던 상호작용들이 혹시 중요한 역할을 하는 게 아닌가 당연히 그렇게 자연스럽게 추측해 볼 수 있겠죠 왜냐하면 기존의 설명으로는 쉽게 설명될 수 없는 현상이다 보니까 요. 그래서 초전도체도 특히 전자하고 전자의 상호작용이 중요할 것이다 라고 짐작은 하고 있었나. 맞습니다. 많은 분들이 그것에 주목을 하고 있고 그런데 말씀하신 김에 말씀을 드려보면 이게 원래 고온초전도 가 있고 그냥 초전도가 있잖아요 . 그냥 초전도는 사실은 저희가 물리학적 해석이 있죠. 이론이 있죠. bcs이론. 그건 사실 여기에서로 말씀을 드리 면 전자와 저 원자의 진동간의 상호작용 이렇게 표현을 할 수 있습니다. 그래서 그걸로 급저온에서의 초전도 를 설명할 수가 있었는데 이어서 말씀을 드리겠지만 소위 bcs이론 으로는 설명이 불가능한 온도에서 의 초전도가 나타났죠. 그걸 고온초전도라고 부르는 겁니다. 그래서 전자결정이라는 것을 이게 컨셉이 무언지를 먼저 한 번 말씀을 드리고 시작하는 게 좋을 것 같아서 이걸 준비했는데 일단은 역사적으로 는 이걸 처음 발견하신 분이 여기 지금 사진으로 보시는 물리학자 인 유진 위그너라는 헝가리 출신 의 물리학자입니다. 너무 유명하죠. 아주 유명한 분입니다. 물리학이 여러 분야에 공헌을 하신 분이고 그래서도 1963년에 노벨 물리학상 을 받으셨어요. 그런데 이분이 노벨상을 받은 것은 63년이지만 1930년대에 소위 말하는 이 위그너 결정이라고 불리우는 혹은 전자결정이라고 해석이 가능한 이런 개념을 만들었고 이건 간단히 설명을 해보면 전자라는 것은 음 전하죠. 그렇죠. 그러다 보니까 전자하고 전자는 서로 밀어내는 상호작용을 할 겁니다. 전자의 밀도가 좀 낮은 상태 그러면 전자가 갖고 있는 운동에너지에 비해서 전자하고 전자 사이에 밀어내는 에너지의 효과가 조금 더 중요해져 요. 그렇죠. 그런 일이 벌어지면 너무 얘네들이 서로 밀어내니까 일정한 간격을 가지고 마치 결정처럼 새로운 상태를 만들 것이다. 이것이 이 분이 이제 이론적으로 제안을 했던 것이고 여기서 중요한 건 이론적인 거예요 . 그리고 전자가 밀도가 높으면 이런 현상은 나타나지는 못하죠. 전자가 밀도가 높으면 기체처럼 대부분 행동하게 되고 역시 밀도가 낮아지게 되면 마치 온도를 내리는 효과처럼 점점점 뭔가 결정화가 되어갈 거다라는 것이 이 분의 이론적인 추측이었습니다. 그래서 그런 것들을 지금 오늘 저희의 연구 결과에 대해서 말씀을 드리면서 이게 전자결정이라고 이름하여 말씀을 드릴 겁니다. 맞아요. 밀도가 낮으면 전자끼리 거리가 배치를 했을 경우에 안 움직일 수 있다라는 거죠. 그런 거죠. 맞습니다. 이게 저절로 이렇게 되는 건 아닌 거죠 그렇죠. 저절로 되는 건 아니고 저절로 되는 건 아니고 우리가 약간 체스판처럼 딱딱딱딱 일정하게 두면 그 상태에서 고체처럼 움직이지 않고 평형상태를 이룰 것이다라고 보는 게 위그너 크리스탈 전자결정 이라고 보시면 돼요. 그러니까 하나만 더 정언을 하면 사실 이 전자결정이라는 것을 간단히 설명해드리기 위해 지금 저희의 그림도 그렇고 마치 전자를 입자 처럼 다루고 있지만 아마 교수님들 잘 아시다시피 전자라는 것은 입자 이자 파동이죠. 그런 입자이자 파동인 전자가 뭔가 결정형을 이룬다는 것은 그 자체로 상당히 좀 신비로운 그런 느낌이 있습니다. 그래서도 많은 학자들이 이 개념 에 대해서 좀 열광을 했었던 것이 죠. 그래서 이제 우선 또 말씀드릴 점이 지금 방금 제가 언급했던 전자결정 이 그 이후에 이제 또 논의가 될 이 고온초존도라든지 초유체 이런 거랑 어떻게 연결되는지를 간단하게 가능성 차원에서 말씀을 드리고 또 시작하는 게 좋을 것 같아서 이걸 좀 준비했는데요. 사실 고온초존도의 원리는 제가 너무 지금 저기 쉽게 설명하기 위해 비유로만 가져온 게 아닌가 싶기는 하지만 지금 보시면 저는 사진 찍는 분을 저와 같은 물리학자 라고 생각하고 비유로 말씀드리면 저 물고기 하나하나가 다 전자라고 생각한다면 우리는 이제 고온초존도 또는 초존도를 뭐라고 생각할 수 있냐면 이 전자들이 무슨 모종의 이유로 집단 행동 같은 것들을 하고 있는 거죠. 그래서 불순물을 만나도 그냥 밀고 확 지나가는 전체 저 집단 전체가 마치 한 몸처럼 행동을 하기 시작하는 그런 현상이라고 볼 수가 있습니다. 이렇게 고온초존도 또는 초존도 를 이해한다면 우리가 이 현상을 완벽하게 설명하기 위해서 반드시 풀어야 될 것이 있어요. 제 생각에는 저 전자 하나에 해당하는 물고기는 아마도 이 전체 큰 그림을 보고 내가 이 위치에 있어야지 했을 것 같지는 않아요. 아마 저 물고기 하나는 주변에 있는 물고기 몇 개를 보고 그 근처에 있고 싶어 했을 것 같거든요. 안정적으로 있고 싶어서. 저런 것이 이제 일종의 입자와 입자 간의 상호작용인데 우리는 물리학 을 공부하는 입장에서 저 각 전자들이 어떤 상호작용을 통해서 저렇게 집단 행동을 하게끔 되느냐 그 비밀을 풀어야 되는 거죠. 그래서 이제 저희 연구 쪽으로 넘어 가는데요. 여기서 보여드리고 있는 게 저희가 이번에 실험에 사용한 실제 실효 는 어떤 것인가에 대한 설명을 드리는 겁니다. 그래서 일단은 방금 말씀드린 그 고온초존도체도 그렇고요. 저런 것들 보통 초존도는 금속에서 많이 나온다고 알려져 있지만 고온초존도 그래서 도핑된 저런 채를 뭔가 전자 상태를 잘 살펴보는 것은 아주 일반적으로 중요할 수 있는데 저희는 그것을 조금 단순한 형태의 물질을 가지고 실험을 하면 실험 결과에 대한 해석 이 조금 더 용이해져요. 일종의 모델 시스템이라고 하죠 . 그래서 그런 차원에서 모델 시스템 으로 이용한 것이 저런 채로서는 저희가 좋아하는 물질 흑린이라는 물질입니다. 정어로는 블랙 포스포로스라고 하는데 이것도 좀 말씀을 드리면 원래 포스포로스인으로 구성된 물질이 불안정해요. 쉽게 생각해보실 수 있는 게 성냥 깨비에 빨간 게 돼 있는 부분 그게 이제 불안정하죠. 그래서 조금만 우리가 마찰력을 가해도 불이 나버리는 백린이라고 화이트 포스포로스도 있는데 그런 것들 그건 무기. 역시 잘 아시네요. 폭탄입니다. 그런데 이제 그런 위험한 걸 저희가 쓴 건 아니고 블랙 포스포로스라는 것은 마치 수처럼 포스포로스로 이루어진 물질 중에 제일 안정한 물질이고요. 그러다 보니까 전자적 성질은 절연체 입니다. 단순히 마치 그래이핀이나 그라파이 처럼 단일 원소로 구성된 물질이라 서 실험에 용이하고 좋아하는 그런 물질이고요. 여기에 전자를 주입해서 전자의 상태를 봐야 되니까 전자주입을 어떻게 했냐면 저희가 아주 깨끗한 거의 우주에 가까운 수준의 초고진공 을 만들고 흑린의 깨끗한 표면 을 마련한 다음에 그 위에다가 알칼리 금속 원자를 밀양을 세포시 증착 을 해줍니다. 루비디움 소디움 칼리움 그리고 이제 스이슘까지 네 종류의 알칼리 금속 원자를 다 썼고요. 초고진공 상태에서 밀양 도징을 하면 이 표면을 가득 덮는 것이 아니라 지금 제가 이 그림에 보여드리고 있는 것처럼 아주 일부만 이렇게 듬성듬성 원자가 붙게 만들 수가 있습니다. 그래서 이런 건 현대 표면 물리학 초고진공 테크닉상 가능한 거고요 . 그러면 이제 알칼리 금속 원자들은 아시는 것처럼 전자를 잃어버리고 싶어 하니까 흑린의 표면에 전자 를 주게 되고 저희는 그렇게 들어간 전자들이 흑린 안에서 어떤 전자 상태를 만드느냐 이런 것에 집중해서 연구를 한 거라고 보시면 됩니다. 그래서 알칼리 금속을 여기다가 도핑을 한 이유는 전자를 넣기 위해서 그렇죠. 전자를 넣기 위해서 그런 거죠. 그리고 이제 오른쪽에는 주사 터널링 현미경이라고 지금 이렇게 증착 을 해준 알칼리 금속 원자 대표적으로 칼리움이라고 한다면 칼리움 원자 의 분포를 한번 살펴보는 실험을 한 연구 결과가 있어요. 이건 저희가 측정한 건 아닌데 레퍼런스로 이런 측정이 있어서 가져와서 보여드리는 건데 우선 이제 증착하자마자 영하 269도에서는 지금 보시는 바와 같이 아까 전에 제가 보여드렸던 그 원자 분포로 생각하시면 약간 기체 상태 에 가까워요. 기체 상태처럼 보여요. 완전 랜덤하다고 생각할 수 있죠 . 그런데 여기서 이제 온도를 조금만 올려주면 절대 온도로는 15켈빈 을 올려주면 이렇게 삭 움직입니다. 이게 이제 보여주는 바가 뭐냐면 저 알칼리 금속 원자들이 흑린의 표면 위에서 이렇게 영하 258도임에도 불구하고 움직일 수 있다는 걸 보여 주기도 하고요. 어떻게 온도가 올라갔는데 정렬 이 됐죠 보통 온도가 내려가면 정렬 이게 뭐냐면 원래는 처음에 어떤 에너지 베리어를 넘으면 얘네들이 이제 약간 뭉치를 만들고 있다가 그 에너지 베리어를 넘어서 탈출 해서 자유롭게 움직이기 시작하면 안정한 위치를 찾아가는 그런 식으로 생각을 하시면 됩니다. 그래서 이 온도에서는 제가 아까 보여드린 것에 따르면 좀 더 액체 같아졌죠. 그렇죠. 액체랑 비슷한 현상으로 보이네요 . 그래서 실제로도 저희가 이 온도 를 조금 영하 258도가 저희가 이어서 말씀드릴 저희 실험 테크닉으로 측정을 한 그 온도입니다. 그러니까 저희의 시료의 상태는 이거라고 이제 생각을 하시면 되 겠고 영하 258도요. 그리고 이 지점에서 아까 전에 제가 말씀드렸던 평균 원자 간격 이제 숏 레인지 오더가 지금 이 분포 에는 존재하는 거라고 보시면 됩니다. 그게 이제 저희 결과에 굉장히 중요한 팩터가 되겠습니다. 이것도 복습인데요. 암흑전자를 보신 분들은 너무 중요해요. 이게 고체물리학에서 고체 안에 들어가 있는 전자의 상태를 우리가 어떻게 측정할 것이냐 여러 테크닉 이 있습니다만 제가 오늘 말씀드리고 자는 게 저의 이제 가장 전문 실험 테크닉이기도 하고 또 이게 이제 고체물리학 자체에서도 상당히 스탠다드 테크닉으로서 널리 활용 되는 아주 유용한 테크닉입니다. 노벨상의 탄 방법이라고 보시면 됩니다. 어디든 빠지지 않는 우리 물리학자 아인슈탄이 여기도 등장을 하고 요. 이 테크닉은 이름하여 각분의 광전자 분광이라고 하는 테크닉이고 국문 이고 영문으로 주로 약어로 뭐라고 하냐면 arpes라고 합니다. 앵글 리졸브드 포토 미션 스펙트로스 커피의 약자로서 arpes고요. 어쨌거나 그 테크닉을 간단하게 설명을 해드리면 지금 보시는 것처럼 고체물질 안에 전자들이 약간 박혀 있는 것처럼 생각을 해볼 때 저희가 저 상태를 알고 싶으니까 일종의 충돌실험을 하는 거예요. 그런데 충돌실험을 하려면 우리가 보내줄 수 있는 입자가 필요하겠죠 . 그런데 잘 아시는 것처럼 빛은 파동 이기도 하지만 우리가 광자라고 부르는 입자처럼도 생각할 수 있습니다. 저희는 에너지가 높은 주로 자외선 이나 엑스레이 정도 되는 수준의 에너지를 갖는 빛을 또 아주 밝은 빛을 쏴야 됩니다. 이게 쫙 보내줘서 고체물질 안에 있는 전자들이 그 빛의 에너지를 흡수해서 지금 보시는 것처럼 광전 자가 튀어나오는 이걸 광전효과 라고 하죠. 광전효과. 이게 아인슈타인이 노벨상을 받은 근거업적에 해당하는 거고요. 정확히 저 원리를 활용하는 겁니다. 저희가 저렇게 광전자가 튀어나오면 측정하는 물리량이 딱 2개에요. 하나가 뭐냐면 저 광전자의 운동에너지 다른 하나는 광전자가 튀어나오는 각도입니다. 그래서 이 기술의 이름이 각분의 광전자분광이라고 부르는 거예요 . 보존법칙이 언제나 물리학에서는 중요하지 않습니까 그렇죠. 그래서 방금 말씀드린 저 광전자의 운동에너지를 측정하면 에너지 보존법칙을 이용해서 저 고체물질 안에 들어있었던 전자의 결합에너지 를 얻어낼 수 있어요. 그렇죠. 그래서 그 결합에너지를 하나 알고 요. 그다음에 각도를 또 왜 측정했냐 면 운동량 보존에 의해서 저 튀어나오는 각도가 고체물질 안에서 움직이던 전자들이 갖고 있던 운동량을 반영 합니다. 원래 움직이고 있던 그 양을 이제 그 각도로 튀어나올 때 에너지도 보고 그 각도로 보면은 계산을 할 수가 있거든요. 그래서 그렇게 측정한 결합에너지 와 운동량의 상관관계가 이 고체물질 안에 들어가 있던 전자의 상태에 대한 정보를 우리 물리학자들에게 주는 것이고 그것에 따라서 전자들이 저 물질 안에서 얼마나 빨리 움직일 지 금속성을 띌지 안 띌지 여러 가지 재미있는 양자 현상이나 특징에 대한 정보를 우리는 이제 얻어낼 수가 있게 되는 거죠. 그런데 저 튀어나오는 광전자의 운동량하고 각도를 잰다는 것 자체가 되게 신기하네요. 그렇죠. 이 테크닉의 가장 중요한 점이 사실 그겁니다. 이 테크닉의 특장점이라면 운동량 을 함께 측정할 수 있다는 게 가장 중요한 이게 장비인가요 그렇죠. arps라고 제가 말씀드린 것이요. 아주 스탠다드로 고체물리학에서 많이 쓰이는 장비라고 보시면 됩니다. 그래서 이번 저희 실험은 실제로 어디서 수행을 했느냐 그 말씀을 좀 드릴 건데요. 아까 전에 잘 짚어주신 것처럼 저희가 저 실험을 하려면 그런데 아무리 고체 안에 들어가 있는 전자를 튀어나오게 할 수 있다더라도 그 효율이 그렇게 높은 편이 아니기 때문에 밝은 빛을 써야 돼요. 그 말인즉슨 빛의 양이 많아야 합니다. 우리는 그런 빛을 이제 만드는 장치 가 그래서 좀 특별하게 필요한데 그래서 이 방사광 가속기라고 하는 시설이 일명 빛공장이라고 해서 큰 건 이제 축구장 크기만한 부지 에 이렇게 동그랗게 보통 생겼는데 그렇게 만들어주면 거기서 뭐 이 전자를 빛의 속도의 99%에 가깝게 가속해서 뺑뺑 돌리다가 떨어주면 접선 방향으로 아주 강력한 태양빛 에 뭐 억배 정도 된다 이런 얘기 많이 하는데 그 정도로 밝은 빛을 뿜어내거든요. 그렇게 만들어낸 빛들이 이런 첨단 과학연구에 매우 유용하기 때문에 저희가 저런 것들을 짓는 것이고 그다음에 거기에 각분의 광전자 분광을 비롯해서 여러 실험장치를 쫙 만들어 가지고 그 빛을 포집 해서 실험을 하는 겁니다. 저희는 이번 실험에서는 미국의 로렌스 버클리 국립연구소라는 데 소재한 as 방사광 가속기를 이용해서 실험을 했고 이게 그 모습을 보여 주고 있는 거죠. 우리나라도 짓고 있습니다. 5성에도. 맞습니다. 짓고 있으니까. 이건 그냥 예시로 어떤 느낌인지 한 번 보여드리기 위해서 준비 한 건데 너무 후겨 들어가 계신 것 아니 죠 맞습니다. 그런데 이게 사진 찍을 때가 마땅 치 않아서 이게 뭐냐면 왼쪽에 보시는 사진이 방금 보여드린 방사광 가속기 시설 안이고요. 안에 들어가면 이렇게 색덩어리 가 많고 거기 은박지로 쌓여져 있는 그런 부분들이 있죠. 저게 아까 전에 제가 설명해드린 각분의 광전자 분광 실험장치가 지금 저의 왼쪽에 보이고 있는 거 고요. 저 모습은 어느 시설이나 다 똑같은 것 같아요. 저게 왜 저렇게 손정리를 안 하냐 하는데 세팅이 다 바뀌어야 됩니다 매번. 진짜 잘하시네요. 저게 그렇게 보일 수도 있는데 저게 정말 최선의 노력을 다한 상태 입니다. 지금 세팅을 최소한으로 바꿀 수 있을 정도로 정리를 해놓은 상태 에요. 왜냐하면 마홍역 안쪽도 저렇거든요 . 그럼요. 그렇죠. 밖에서 보면 깔끔해 보이는데 안에 들어가 보면 항상 이런 사진 보여주면 저도 어디 가서 마홍역 안에서 찍으면 왜 손정리 안 하고 저거 걸리면 어떡하냐 그러는데 저게 최대한으로 해놓은 거예요 . 겉보기에는 그런데 성능은 아주 좋습니다. 과학적인 어떤 퍼포먼스는 아주 잘 나오고요. 오른쪽 오른쪽에 있는 학생이 이번 연구의 제1저자인 박수빈 학생이 지금 보이고 가운데 있는 남학생 이 제2저자 허민재 연구원 이렇게 되겠습니다. 방금 소개해드린 박수빈 연구원이 실제 저희 데이터 관련된 실험을 수행하고 있는 그런 장면을 보시는 거고요. 실험 수행 자체는 당연히 컴퓨터 앞에 앉아서 저희가 컴퓨터로 모든 걸 제어하면서 하고 있고 지금 보시면 스크린에 보이시는 게 저게 전자의 에너지와 운동량 상관관계가 지금 그래프로처럼 딱 맺히고 있는 그런 실험 결과가 아주 좋은 퀄리티의 샘플을 만나서 지금 아주 정교하게 이 옵티마이제이션 얼라인 같은 것들을 맞추고 있는 그런 장면을 보고 계시는 겁니다. 24시간 단위로 저희는 실험을 해요 . 그래서 이렇게 한 번 실험을 시작 하면 밤새서 잠 안 자고 24시간 정도 하고 또한 24시간 정도 휴식하고 그다음 또 24시간 실험하고 이런 식으로 이제 실험이 전개가 됩니다. 그래서 아주 우리 연구원들이 고생스럽게 실험을 한 번 들어가면서 합니다. 이제 데이터는 제가 복잡하게 보여드릴수록 또 설명만 복잡해질 것 같고 해서 저희의 가장 핵심 데이터 하나만 준비를 했는데 오늘 교수님들 이것만 이해하시면 된다고 생각합니다. 그런데 이해랄 것도 좀 없긴 한데 요. 이게 저희의 전자결정을 저희가 발견했다고 생각을 할 수 있는 그 증거에 해당하는 실험 데이터를 보여드리고 있는 거고요. 우선 간단히 세로축이 아까 말씀드린 전자의 에너지 결합에너지를 나타내고 가로축이 전자의 운동량 고체 안에서 전자 갖고 있었던 운동량입니다. 사실 배경 지식이 하나 필요하신 게 보통의 고체 안의 전자는요 어떤 상태에 있던 간에 전자의 에너지와 운동량의 저 상관관계 그래프가 반드시 규칙적인 또는 주기적인 성질을 가지고 있어야 돼요. 그게 이제 그 이유를 말씀드리기는 아주 복잡해서 제가 설명을 생략 합니다만 뭔가 규칙적인 것이 일반적 이다 이렇게 생각하고 이 데이터를 봐주시면 이 데이터가 그런 아주 일반적인 경우에서 벗어나는 특징 이 하나 있다는 걸 금세 파악하실 수가 있습니다. 그래서 제가 어떤 편의상 중요한 위치를 숫자로 이제 마크해놨는데 보시면 저 0번 위치하고 한 번 올라 갔다가 내려와서 2번 위치는 말씀드린 그런 맥락에서는 반드시 에너지가 같아야 하거든요. 그런데 지금 보시면 0과 2가 에너지 위치가 미묘하게 차이가 나죠. 그다음에 4번 위치도 사실 에너지가 같아요. 똑같은 원리로 1번과 3번도 에너지 가 같아야 되는데 데이터의 노이즈 가 물론 있습니다만 그 범위 안에서 충분히 같지 않은 형태로 이런 상관관계 가 형성되어 있다는 걸 저희가 이 실험 데이터를 바탕으로 파악을 할 수가 있고요. 에너지로 먼저 말씀드렸는데 운동량 방향으로 보셔도 그렇습니다. 운동량 방향으로도 0과 1 1과 2 2와 3 3과 4가 각각 등 간격이 나와야 됩니다. 그게 아주 일반적인 모습입니다. 그런데 이제 보시면 0과 1 1과 2 사이가 미묘하게 좁아져 있고 3과 4 사이는 아주 넓고 그래서 이걸 또 금방 파악하실 수가 있을 거예요. 그래서 이런 불규칙한 호흡 또는 비주기적인 특징이 사실은 전자가 이런 결정을 이루거나 또는 액체 와 같은 또는 액체 결정과 같은 아주 좁은 영역 안에서는 질서를 이루고 있지만 넓은 영역에서는 질서가 없는 이런 상태가 아니면 이 불규칙한 특징이 나타날 수가 없습니다. 그래서 이게 전자결정의 흔적을 보여주는 실험 데이터라고 소개를 해드릴 수 있습니다. 제가 사실 이게 왜 불규칙하면 전자결정과 이어지느냐 이게 사실은 과학적으로 좀 굉장히 또 깊은 이야기가 될 수밖에 없어서 그 부분을 좀 생략 을 했는데 데이터 자체는 어쨌거나 굉장히 얻기가 어려운 데이터인 건 맞습니다. 어떤 분이 아까 그 얘기를 하시던데 이게 저희가 오른쪽으로 아주 큰 운동량 영역까지 가보면 데이터 가 노이즈해지는 걸 봤잖아요. 이게 그냥 제가 결과만 딱 보여드리는 거지만 아까 말씀드린 방사광 가속기 에 빈타임 받아서 저희가 실험을 하면서 흑민의 시료도 아주 극도로 하이 퀄리티로 나올 때가 있고 그다음에 저희가 알칼리 금속 원자 를 또 도징을 했잖아요. 그 도핑의 퀄리티도 있습니다. 걔네들이 이제 잘못 앓는 경우도 있기 때문에 그런 여러 가지 요소 들이 딱 맞아 들어갔을 때 이런 데이터가 아주 가끔 나옵니다. 진짜 여러 번 해야 되는 거예요. 한 번으로 나오는 건 아니고. 이렇게 나올 때까지 뭐 될 때까지 한 거죠. 우리가 실험하러 들어가기 전에 만약에 우리 예상이 맞다면 이런 그래프가 나올 것이라고 예측은 하고 들어가잖아요 보통. 그런데 이제 일반적으로 그런 결과가 잘 안 나오는데 나온 거죠 이번에 . 그렇죠. 수 년에 걸친 측정이고요. 샘플로 치면 500개 1000개 이 정도 나올 겁니다. 그런 정도라서. 그걸 또 다 도핑을 하고 만들고 재현성은 있습니다. 저희가 어떤 게 하이 퀄리티 데이터고 어떤 게 로우 퀄리티인지는 알 수 있기 때문에 이런 현상이 하이 퀄리티 데이터의 경우는 재현적으로 나타나 거든요. 그걸 통해서 충분히 재현성을 확인 할 수 있고요. 그래서 이런 것도 좀 어려울 것 같다 는 걱정이 좀 들긴 하지만 이게 뭐냐면 사실 저희 연구 결과 가 어떤 맥락에서 제가 앞전에 조금 소개해드렸던 초유체하고 연결되느냐 이 연결고리를 하나 말씀드리기 위해서 준비한 내용이고요. 사실 제가 방금 전자의 에너지와 운동량의 장관관계에 불규칙한 그래프가 나타나는 걸 말씀드렸 는데 그게 사실 초유체 연구와 관련 이 좀 있습니다. 그래서 처음에 보여드렸죠. 초유체가 어떤 성질을 가지는지 . 그래서 사실 이 말씀을 드리려면 또 다른 노벨 물리학상을 받은 물리 학자를 소개를 해드려야 되는데 아마 이분은 더 유명하기 때문에 우리 교수님들 더 잘 아실 거예요 . 물리학자 중에 이분이 러시아 출신 물리학자인데 래프 란다우라는 물리학자는 저희가 란다우라는 이름이 들어간 물리학적 용어가 굉장히 많죠. 맞아요. 그 정도로 저희 물리학 전반에 상당한 영향을 미친 그런 이론 물리학자 고요. 이분이 사실은 초유체가 처음에 실험적으로 발견되었을 때 한참 활동을 하시던 때라서 초유체의 메커니즘을 연구를 많이 하셨습니다. 쉽게 말씀드리면 이분이 초유체의 실험결과를 설명하기 위해서 도입 한 개념이 있어요. 그게 이름하여 로톤이라는 겁니다. 이름이 일단 왜 저런지를 소개해드리면 액체에서 원자들이 회오리를 일으킬 수 있잖아요. 그렇죠. 뺑글뺑글 돌 수 있죠. 그렇기 때문에 그것은 로테이셔널 모션과 연결지어 생각할 수 있으니까 그런 회전 모션이 뭔가 입자처럼 생각할 수 있는 개념이 아닐까 해서 그 점에 사관해서 그런 것들을 로톤이라고 이름을 붙인 거라고 저런 로톤이라는 입자가 보여주는 에너지와 운동량의 상관관계가 어떤 특징을 갖고 있냐면 오른쪽 그래프에 보시는 것처럼 제가 아까 실험에서 시험했던 거랑 비슷하게 생긴 구석이죠. 처음에 그래프가 올라가다가 맥시멈 에 다다르고 그다음에 다시 내려 오다가 뭔가 미니멈에 도착하고 다시 올라가는 그런 형태의 그래프 를 갖고 있습니다. 이런 그래프가 있을 때 저렇게 미니멈 이 형성된 영역을 보통 로톤이다 이렇게 많이 불렀고 그 영역이 회오리와 관련된 것으로 이분은 해석을 했었 죠. 이렇게 초유체를 설명하기 위해서 이런 에너지 운동량의 불규칙성 을 로톤이라는 개념으로 제안을 했기 때문에 사실 저희가 발견한 것도 비슷한 선상에서 이해를 할 수가 있고 초유체의 비밀을 푸는 데도 연관이 된다 이렇게 말씀을 드릴 수 있는 그러니까요. 이게 만약에 조금 더 발전을 시킬 수 있다면 그동안 풀리지 않았던 초유체에 관련된 여러 가지 특성 들이 나타나는 그 이유를 또 전자와 전자 간의 상호작용으로 설명할 수 있는 근거가 되는 거죠. 이어서 말씀을 드릴 것이 저희가 전자결정을 발견했다 전자결정을 발견했다 이렇게 말씀을 드렸지만 조금 더 구체적으로 저희가 정확히 실험적으로 확인한 개념은 무엇 인가를 말씀드리기 위해서 이 슬라이드 를 가지고 왔습니다. 너무 좋아요. 사실 전자결정은요 앞부분에서 말씀드린 것처럼 워낙 물리학계에서 화두 중 하나였기 때문에 많은 실험적인 시도가 있었습니다. 그래서 만약에 우리 교수님들께서 질문하시기를 이게 전자결정을 처음 발견한 거냐라고 물으신다면 사실 실험적인 시도도 여러 번 있었고 전자결정을 발견했다고 주장했던 실험결과도 몇 가지 있었습니다. 찾아보면 몇 개 찾을 수가 있는데요. 그런데 이제 저희가 발견한 전자결정 이 그전에 실험적인 시도와는 구별되는 차별점이 하나 있어요. 처음에 위그너라는 분이 전자결정 을 처음 이론적으로 제안했을 때는 이게 결정을 이룬 것이 전 공간에 걸쳐서 완벽한 결정인 것을 상정 했어요. 그렇죠. 그래서 그거를 첫 슬라이드에서 소개해드린 액체 고체 기체의 비유 에서 말씀드려보자면 전자들이 원래 보통의 물질에서는 기체인데 그런데 위그너가 제안했던 것은 완벽한 고체 상태를 제안한 거고요 . 사실 이 기체가 고체화될 때 어떤 과정을 거쳐갈지는 좀 다른 문제 지 않습니까 이게 액체를 거쳐갈 수도 있고 액정이 나타날 수도 있고 그럴 텐데 사실 그런데 여태까지 는 약간 이 두 개의 장전의를 이분법 적으로 생각해왔던 게 사실이에요 . 저희의 연구 결과가 이 맥락에서 차별점이 뭐냐면 아까 전에 제가 말씀드렸던 전자결정의 흔적이라고 말씀드린 불규칙한 특징은 이렇게 그래프 있었잖아요. 그거는 지금 이 그림에서 여러분 들께 보여드리고 있는 바와 같이 전자결정이 조각나 있는 겁니다. 아주 미세한 전자결정들이 지금 제가 투명한 파란 공으로 표시한 거의 전자 입장에서 뭉치라고 할 수 있을 정도로 작은 7개 정도의 전자가 저렇게 아주 국소적으로 모여서 결정조각을 형성하고 아마도 더 온도가 내려가거나 밀도가 낮아 지면 저게 일종의 결정의 씨앗 같은 거기 때문에 저런 결정조각들이 몸집을 불릴 거거든요. 그러면서 결정화되어가는 과정일 텐데 그렇게 정의되기 전에 저런 아주 작은 조각들이 먼저 형성된다는 게 아주 명확하게 알고 있었던 사실이 아닙니다. 저희 실험 결과는 정확히 이런 조각 들이 존재한다는 것을 보여주고 있는 거라 저희는 이 조각들의 존재 를 찾았다는 게 어떻게 보면 처음이다 이렇게 말씀드릴 수 있는 거고요 . 이 오른쪽에 보시는 노란색 이제 그림하고 연결지어서 말씀을 드려 보면 이건 이제 뭐냐면 여러분들 액체 속에 기름방울이 떨어졌을 때 이런 거 왜 우리 살다 보면 보이는 경우가 있잖아요. 장난감 같은 것도 있어요. 막 이렇게. 그렇죠. 맞습니다. 이게 이제 액체 속에 다른 종류의 액체가 들어가서 그런데 걔네들이 그냥 골고루 퍼지는 게 아니라 지금 이 그림처럼 일종의 경계면이 형성 될 수 있는 거죠. 그래서 노란색 액체가 있고 그 바깥 에는 흰색 액체가 있는 이런 물질의 상태가 가능하다는 것을 여러분 경험적으로 아실 겁니다. 그러니까요. 그런데 이제 이 왼쪽에 저희가 발견한 전자결정과 이 상태를 연결 지어 생각해보면 전자결정들이 군데군데 생기는데 그 주변은 거의 액체 상태에 가까운 전자들로 퍼져 있는 거죠. 그러니까 저 전자결정은 아주 국소적으로 고체의 특징을 갖지만 저것들이 액체와 같은 전자의 바다라고나 할까요 그 안에서 이제 떠다닐 수 있는 그렇죠. 이런 상태라고 이해를 할 수가 있는 겁니다. 진짜 딱 적절한 비유네요 저 그림 이. 사실 이거는 제가 지금 드린 설명을 혹시 이해하셨다면 정확히 말해서 액체도 아니고요. 정확히 말해서 고체도 아니고요 . 액정에 가깝다. 액체결정의 약자죠. 액정에 가깝다고 말씀드릴 수도 있는데 저희가 원래 액정하면 이게 그런 것들을 일컬어왔기 때문에 가장 가까운 비유라서 저는 액정 이라고 표현을 하고 있지만 어떻게 보면 정확히 또 액정도 아닌 거예요 . 양자역학적으로 이런 제3의 무질의 상태 같은 것들이 가능한 거라는 생각이 들어서 이것이 뭔가 새로운 상태를 발견한 거다 이런 식으로 제가 설명을 드릴 수 있을 것 같습니다. 이 오른쪽에 보이시는 게 이번에 저희가 네이처에 게재한 논문이 고요. 왼쪽에 보이시는 게 3년 전에 같은 저널에 낸 결과인데 뭘 말씀드리고 저희가 이걸 이번에 처음 연구한 게 아니고 계속 연구하고 있습니다. 제가 미국 포스악을 한 다음에 한국에 들어와서 연구그룹을 시작한 게 2014년 3년 정도인데요. 그때부터 저희가 첫 논문부터 아까 말씀드린 흑민이라는 물질의 알칼리 금속 원자를 도징하는 걸 연구했고 계속 연구해오다가 3년 전에 저희가 2021년 네이처에 낸 결과는 뭐냐면 쉽게 말씀드려서 전자들이 액체처럼 행동하고 있다는 것을 이해한 논문 이라고 보시면 되고 제가 오늘 말씀드린 알칼리 금속 원자의 밀도보다는 저 연구는 밀도가 조금 높았습니다. 그래서 결정 같은 건 못 봤던 거예요 . 그리고 그냥 액체 같은 상태를 쉽게 말씀드렸다고 보시면 되는데 거기서 이번 연구가 뭐가 다른 거냐 면 밀도를 조금 낮춰서 봤더니 밀도 를 낮추면 약간 미그너 결정을 향해 좀 더 가야 되거든요. 아니다 다를까 뭔가 전자결정과 같은 모습을 추가적으로 확인하게 되었고 그걸 이번에 냈다는 것이 고요. 그래서 이게 같은 연구주제에 대해서 쭉 계속 연구를 하고 있다는 말씀을 드리고 싶었고 여기까지만 말씀을 드리면 또 어떤 교수님들께서 이게 그러면 고온초전도와는 또 어떻게 연결이 되는 거냐 이런 질문을 하실 것 같아서 다시 한 번 정리해서 말씀드리지만 이건 지난번에 나왔던 그래프죠 . 맞습니다. 암흑전자 때는 저희가 고온초전도 체를 실제로 찍었어요. 그런데 이번 연구는 지금 제가 쭉 말씀드린 것처럼 실제로 고온초전도 체를 찍어서 그 안에서 전자결정 을 발견한 건 아닙니다. 저희는 모델 시스템이라고 할 수 있는 이런 아주 단순한 흑민 그리고 그럼에도 불구하고 이 연구가 고온초전도와 관련이 있을 수 있다고 생각하는 이유는 지금 이 고온초전도체의 상도표를 보시면 세로가 온도고 가로가 도핑인데 아까 말씀드린 것처럼 보통 절연체에 도핑을 해줘서 금속화시키면 초전도가 발현되는데 덕에 굉장히 임기온도가 높아서 우리가 고온초전도체라고 부르 거든요. 그때 논의했던 주제 중 하나입니다 만 슈도갭이라고 불립니다. 그렇죠. 아주 희한한 사항이 존재합니다. 영역이 있습니다. 그래서 저걸 우리가 명확히 모르고 있고 그래서 저 슈도갭의 원인을 알면 뭔가 이 고온초전도의 메커니즘을 풀 수 있지 않을까 이런 기대를 하고 있는 게 사실인데 지금 이제 왼쪽 2021년도에 저희의 연구결과를 보면 제가 말씀드린 액체와 같은 전자상태가 실제로 어떤 특징을 보여주냐 바로 슈도갭을 만듭니다. 저게 슈도갭을 설명하는 하나의 학설 같은 것일 수도 있거든요. 그래서 그런 차원에서 슈도갭이 이런 고온초전도체와 연결될 수 있는 것이고요. 또 앞전에 소개해드린 바와 같이 이런 전자전자 상호작용이 혹시 전자들을 묶어주는 역할을 할 수 있지 않을까 우리가 쿠퍼페어 이런 건 들어보셨을 텐데 bcs초전도 이론 에서는 전자와 원자 진동 간의 상호 작용이 이런 전자를 묶어주는 역할을 하지만 혹시 이제 우리가 아직까지 좀 미지의 영역으로 남아있는 저 전자전자 상호작용이 전자들끼리 또 묶어주는 역할을 할 수 있지 않을까 이런 것도 저희가 재미난 가능성으로서 생각하고 있는데 이번 연구 결과에서는 또 이게 좀 밀도를 낮췄더니 이런 전자결정 이나 로톤 이런 것들이 발견됨에 따라서 이런 것들이 아마도 고온 초전도체를 이해하는데 뭔가 단초 는 될 수 있지 않을까 이렇게 생각을 했고요. 향후 연구 방향이 지금 설명드린 여기서 뻗어나오는 건데 쉽게 말씀드리면 고온초전도체 전자결정과 같은 시그니처가 있느냐 이걸 살펴봐야 될 것이고요 또 하나는 그게 한 방향이라고 한다면 흑민과 관련해서는 저희가 흑민에 알칼리금속 원자를 올린 게 계속 말씀드린 것처럼 굉장히 단순한 모델 시스템일 수 있습니다. 그런데 고온초전도체는 도핑을 많이 하기 위해서 보통 이족 원자 를 쓰거든요. 알칼리금속을 쓰는 게 아니라 알칼리 토금속을 씁니다. 보통 예를 들면 칼슘이라든지 바륌 이라든지 이런 것들이 많이 쓰는데 흑민 위에 도핑인자로서 알칼리 금속이 아니라 실제로 고온초전도체 에 쓰이는 그런 도핑인자들로 바꿔 보면 어떤 일이 벌어지죠 그걸 여쭤보려고 했는데요. 말씀을 안 드리는데 연구를 해볼 방향이군요. 맞습니다. 그래서 저희가 이런 것들 위주로 연구를 전개해 나가고 있고 교수님들 워낙 잘 아시겠지만 연구라는 게 한 논문이 모든 걸 정리할 수 있는 그런 건 아닌데 이 이슈를 좀 이렇게 정복해 나가기 위해서 하나하나 한 걸음 한 걸음 나아가고 있는 과정에 있는 것이다 이 말씀을 드리고 싶어서 제가 설명을 드렸습니다. 기본적으로 전자와 전자 사이의 상호작용에 대한 연구를 하시거든요 김근수 교수님은. 그래서 이 역할들이 밝혀지면 저 수도객과 관련된 것 그리고 고온초전도체 현상에 대한 이론들을 설명하지 못하는 그 단초들을 조금씩 풀어 가시는 그분이 되지 않을까 생각을 합니다. 그래서 결국에는 우리가 고온초전도체 일단 이론이 풀리면 만드는 건 또 쉬워질 수 있잖아요. 그럼요. 고온초전도의 메커니즘을 풀어내면 사실은 물질을 설계하는 게 가능해 질 수 있으니까 그런 방향으로 관심을 줍고 있는 거죠. 오늘 교수님과 함께했던 새로운 연구 분야 정말 온라인으로만 게재가 따끈따끈한 새로운 연구결과 그리고 너무 중요한 연구결과에 대해서 오늘 이야기를 해봤고 그러면 오늘 여기서 마치도록 하겠습니다. 인사할 시간도 많습니다. 여러분의 시간을 낭비해드릴 느리지만 쿨한 과학 랩미팅이었습니다. 감사합니다 교수님들. 감사합니다.