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KAIST, 50년만에 스핀구름 존재 규명

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금속·반도체 내 불순물 자성을 가리는 스핀 구름(콘도 클라우드) 입증
향후 차세대 양자정보 소자 개발에 활용 기대

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 국내 연구진이 50년 동안 입증되지 않아 논란이 있던 스핀 구름의 존재를 밝혀냈다. 향후 차세대 양자정보 소자 개발에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

KAIST가 물리학과 심흥선 교수 연구팀(응집상 양자 결맞음 선도연구센터)이 금속과 반도체 안에서 불순물의 자성을 양자역학적으로 가리는 스핀 구름의 존재를 규명하는 데 성공했다고 12일 밝혔다. 

일본이화학연구소(RIKEN), 홍콩성시대학(City University of Hong Kong)과 공동으로 수행하고 KAIST 물리학과 심정민 박사과정 학생이 1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처(Nature)' 3월 12일 자에 게재됐다. (논문명 : Observation of the Kondo screening cloud)

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 심흥선 KAIST 물리학과 교수, 심정민 박사과정. [사진=KAIST] 2020.03.12 swiss2pac@newspim.com

도체나 반도체 내의 잉여 전하는 주위 자유 전자들의 전하 구름에 의해 가려진다. 이와는 근본적으로 원리가 다르지만, 도체나 반도체 내 불순물이 스핀을 가질 때, 이 스핀은 주위의 자유 전자들에 의해 생성된 스핀 구름에 의해 가려진다고 알려져 있다.

콘도 효과 (Kondo effect)라고 불리는 이 현상은 충분히 낮은 온도에서 발현되는 양자역학적 현상으로 대표적 자성 현상이다. 콘도 효과의 여러 특성들은 대부분 규명됐으나 스핀 구름의 존재가 입증되지 않은 채 남아있었다.

지난 50년 동안 다양한 시도들이 꾸준히 있었으나 스핀 구름은 발견되지 않았고, 이에 따라 스핀 구름이 실제로 존재하는 것인가에 대한 논쟁이 있었다. 스핀 구름이 다양한 자성 현상에서 중요한 역할을 할 것으로 예측됐기 때문에, 스핀 구름을 발견하고 제어하는 것은 관련 학계에서 성배를 찾는 것과 같은 정도의 중요성으로 비유됐다.

심 교수 연구팀은 일본 이화학연구소와 홍콩성시대학의 연구진들과 공동 연구를 통해 콘도 스핀 구름을 최초로 발견했다. 발견한 스핀 구름의 크기는 마이크로미터(10-6 미터)에 달한다.

연구팀은 스핀 구름을 전기 신호를 이용해 관측하는 방법을 2013년에 선행연구로 제안한 바 있다. 이 선행연구에서는 전기장을 스핀 구름 내부에 가한 경우와 외부에 가한 경우에 각각 서로 다른 전류가 발생함을 예측했고, 이를 이용해 스핀 구름 공간 분포의 관측을 제안했다.

심 교수 연구팀의 제안에 따라 일본이화학연구소와 홍콩성시대학의 연구팀은 양자점을 이용해 반도체에 불순물 스핀을 인위적으로 생성하고, 생성된 불순물 주변에 서로 다른 여러 곳에 전기장을 인가할 수 있는 양자 소자를 제작하는 실험을 수행했다.

100mK(밀리켈빈)의 낮은 온도에서 관측된 소자의 전기 신호를 심 교수 연구팀에서 분석한 결과, 발견된 스핀 구름의 크기와 공간 분포는 이론 예측과 일치했고 그 크기는 수 마이크로미터(10-6 미터)로 확인됐다.

심흥선 교수는 "스핀 구름의 존재 입증은 학계의 숙원으로, 이번 연구에서 스핀 구름이 발견된 만큼 스핀 구름에 대한 후속 연구들이 활성화될 것으로 기대된다"라며 "스핀 구름을 전기적으로 제어해 미해결 자성 문제들을 이해하는 데에 활용할 수 있을 뿐 아니라, 스핀 구름의 양자 얽힘 특성을 기반으로 해 차세대 양자정보 소자를 개발할 수 있다"고 말했다.

이 연구는 한국연구재단의 기초과학 선도연구센터 지원사업의 지원을 통해 수행됐다.

 

swiss2pac@newspim.com

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트럼프 "호르무즈 통행료 20% 징수" [워싱턴=뉴스핌] 박정우 특파원 = 도널드 트럼프 미국 대통령은 13일(현지시간) 이란 항구에 대한 미 해군의 봉쇄조치를 재개한다고 선언했다. 또 미국이 호르무즈 해협을 통과하는 선박들에 안전을 제공하는 비용으로 선적 화물의 20%를 부과할 것이라고 밝혔다. 트럼프 대통령은 이날 소셜미디어 트루스소셜을 통해 "호르무즈 해협은 열려 있을 것이며, 이란이 원하든 원하지 않든 유지될 것"이라며 "이란 봉쇄(THE IRANIAN BLOCKADE) 조치를 재개한다"고 밝혔다. 이어 이란과 관련 물류 수송을 제외한 "다른 모든 국가들은 해협을 공정하고 자유롭게 이용할 수 있다"고 덧붙였다. 트럼프 대통령은 그러면서 미국이 '호르무즈 해협의 수호자(THE GUARDIAN OF THE HORMUZ STRAIT)'가 될 거라며 안전 제공 비용을 청구할 것이라고 선언했다. 그는 미국이 "수호자로서, 그리고 공정함의 차원에서, 이 불안정한 세계 요충지에 안전과 보안을 제공하는 업무에 필요한 모든 비용에 대해 선적 화물의 20% 비율로 보상(비용 청구)을 받을 것"이라며 관련 절차가 즉시 시작된다고 덧붙였다. 트럼프 대통령의 이날 대 이란 봉쇄 재개와 호르무즈 안전 제공 비용 징수 선언은 이란이 미국의 호르무즈해협 개방 요구를 거부하고 폐쇄를 선언한 뒤 나왔다. 미군은 이란에 대한 추가 공격에 나서 방공망과 드론 전력 등을 타격했다. 이로써 이란과 휴전 합의로 종료됐던 이란 항구에 대한 미군의 해상 봉쇄가 3주 만에 재개됐다. 트럼프 대통령은 특히 호르무즈해협을 미국이 관리하고 그 대가를 받겠다는 입장을 밝히며 사실상 해협 통제권 확보 의지를 드러냈다는 평가다. 반면 이란 군은 어떠한 경우에도 미국이 해협 관리에 개입하는 것을 허용하지 않겠다고 반발하고 있어 양측의 충돌이 격화될 가능성이 커 보인다는 평가다. 월스트리트저널(WSJ)은 "양측의 대립은 해협 통제권을 둘러싼 대치 상태가 지속될 가능성을 예고한다"며 "글로벌 석유 시장에 추가적인 압박을 가할 위험이 있다"고 경고했다. 실제 호르무즈 해협을 둘러싼 미국과 이란 간 대치 격화 속에 이날 브렌트유 가격은 배럴당 79달러대까지 오르며 약 4% 상승한 것으로 집계됐다. 호르무즈 통행량 회복세도 이미 꺾이는 등 해상 물류 위축 움직임은 이미 현실화하고 있다는 지적이다. 선박 추적 데이터 업체 케플러(Kpler)는 지난 주말 호르무즈 해협을 통과한 것으로 확인된 선박 수가 전주 대비 절반 이상 감소한 19척에 불과했다고 밝혔다. 이는 미국과 이란 간 예비 평화 협정인 양해각서(MOU)가 체결되기 전과 비슷한 수준으로 케플러는 대부분의 선박이 이란이 승인한 항로나 비밀 경로를 이용했으며, 미국이 지원하는 오만 인근 통로를 통한 통행은 끊겼다고 전했다. WSJ은 미국이 트럼프 대통령이 공언한 대로 호르무즈 해협을 군사적으로 장악하려면 상당한 규모의 지상군 침공이나 위험한 해군 작전이 필요할 것으로 전망했다.  도널드 트럼프 미국 대통령의 트루스소셜 게시글. [사진=트루스소셜] dczoomin@newspim.com 2026-07-14 00:17
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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