박제근 서울대학교 물리천문학부 교수가 20일 세종시 정부세종청사에서 ‘2차원 자성 반데르발스’ 분야 연구성과를 설명하고 있다. [연합]

국내 연구진이 2차원 평면 상태에서도 자석의 성질을 발현하고 유지될 수 있다는 것을 사실을 세계 최초로 규명하는데 성공했다. 과학기술정보통신부는 박제근 서울대 교수 연구팀이 ‘2차원 자성 반데르발스’ 분야 연구방향을 선제적으로 제시한 표준 지침서를 완성했다고 22일 밝혔다.

박 교수는 15년 이상 끈질긴 연구한 끝에 2차원 자성 반데르발스 물질을 구현하고, 이를 실험을 통해 입증에 성공했다. 과기정통부 개인기초연구 사업 지원으로 수행된 이번 연구결과는 미국물리학회가 발행하는 세계 최고 권위의 국제학술지 ‘리뷰스 오브 모던 피직스(RMP)’에 22일 게재됐다.

자석은 부피를 가진 3차원 형태로, 원자가 입체적으로 쌓여있어 자기적 성질을 안정적으로 유지할 수 있다. 원자 한층 두께에 불과한 2차원 평면 상태에서도 자석의 성질을 발현하고 유지할 수 있는지는 물리학계의 오랜 난제로 남아있었다. 연구팀은 지난 2016년, 삼황화린철(FePS3)을 박리해 영하 118도 이하에서 자성 원자층을 추출해 2차원 자성 반데르발스 물질을 구현함으로써, 온사거의 이론을 세계 최초로 실험을 통해 입증한 바 있다.

이번 논문은 박제근 교수가 2010년부터 연구한 발자취를 총 88페이지 분량으로 체계적으로 정리한 것이다. 단행본으로 출판하면 250페이지가 넘는 방대한 분량이다. 또한 미해결 과제와 유망 연구 방향을 선제적으로 제시함으로써 향후 전 세계 관련 학계의 표준 지침서로 활용될 전망이다.

이번 성과는 학술적 가치를 넘어 산업적 응용 가능성까지 제시하고 있다. 반데르발스 자성체 내 스핀 기반 양자 현상 제어 기술은 차세대 스핀트로닉스 및 양자소자 기술의 핵심 기반이 될 것으로 기대된다. 이같은 독보적인 연구 경쟁력을 바탕으로 지난해 독일 막스플랑크 양자물질 국제협력센터(KOMQUEST)를 서울대에 유치하는 성과를 올렸다.

박제근 교수는 “15년의 땀방울이 전 세계 학자들이 따라야 할 250페이지 A4 분량의 국제표준 교과서로 완성됐다”면서 “2010년부터 한국에서 세계 최초로 개척한 연구가 이제 매년 1000편 이상의 논문이 발표되고, 미국, 유럽, 중국 등 전 세계 주요 연구기관들이 경쟁하는 글로벌 핵심 분야로 성장했다”고 말했다.

이어 “이번 RMP 게재와 막스플랑크 양자물질 국제협력센터 유치를 발판 삼아 대한민국이 양자물질 및 차세대 스핀소자 분야의 세계적 허브로 도약하는 데 기여하겠다”고 강조했다. 구본혁 기자