"이황화탄탈럼은 부도체"…물리학계 40년 만에 답 찾았다

머니투데이

윤지혜 기자

(좌) TaS2이 저온상을 도체로 기술하는 기존의 계산방법, (우) 본 연구에서 밝혀낸 오류를 보정한 후 새롭게 계산해 TaS2가 부도체임을 보여주는 결과./사진=UNIST

국제 공동연구진이 이황화탄탈럼(TaS2)이 전기가 통하지 않는 부도체임을 밝혀냈다. TaS2은 상온에서는 전기가 잘 흐르는 도체지만, 절도온도 200K(캘빈) 이하에서는 전기가 안 통하는 부도체로 바뀐다. 지난 40년간 물리학계에선 TaS2의 도체·부도체 여부를 두고 논란이 이어져 왔다.

울산과학기술원(UNIST)은 물리학 분야 저널인 'Physical Review Letters'에 TaS2이 부도체라는 연구결과를 공개했다고 16일 밝혔다.

박노정 UNIST 물리학과 교수팀과 독일 막스프랑크 물질구조동력학연구소 연구진은 전기전도도(물체에 전류가 잘 흐르는 정도를 표시하는 양) 이론 예측에 쓰이는 계산법을 실제 적용할 때, 40여개의 원자가 하나처럼 움직이는 '전하밀도파' 상태가 제대로 고려되지 않아 오류가 발생하는 점을 발견했다. 이를 수정해 계산하면 TaS2가 절대온도 200K에서 부도체 상태로 존재한다는 설명이다.

박노정 교수는 "이번 연구는 고체 구성하는 수많은 전자간의 상관관계(강상관계)에 따른 물질 변화를 밝히는 양자역학 계산법의 진전"이라며 "다양한 상전이 물질의 특성을 이해하고, 온도 등 주변 환경에 민감하게 반응하는 상전이 특성을 기반으로 한 센서, 전자 기기를 개발하는 데도 도움이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구는 독일 막스프랑크 물질구조동력학연구소의 안젤로 루비오 소장, 신동빈 박사, 진 짱 박사, 니꼴라 따콘 드젱 연구원, UNIST 물리학과 마무트 오카야이 연구원이 참여했으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 이뤄졌다.