UNIST, 나선형 나노선 이용한 양자 펌프 작동 원리 규명

국내 연구진이 스크류처럼 꼬인 나선형 나노선이 '양자 펌프' 역할을 할 수 있다는 원리를 이론적으로 밝혀냈습니다. 이는 전자를 한 방향으로 일정하게 이동시키는 '전하 펌핑' 과정을 새로운 방식으로 구현할 수 있는 가능성을 제시합니다.

UNIST 물리학과 박노정 교수팀은 1차원 나선형 물질이 '위상 전하 펌프'처럼 작동하며, 이 과정에서 '궤도각운동량'과 '스핀 분극'이라는 물리 현상이 함께 나타남을 규명했습니다. 이번 연구는 기존 양자역학적 방식과 달리, 전기장 방향을 한 바퀴만 돌리는 간단한 조건만으로도 전하를 효율적으로 이동시킬 수 있음을 보여줍니다. 연구팀은 미국 펜실베이니아주립대학교 연구팀과 함께 나선형 탄화수소 모델 및 삼방정계 셀레늄 나노선을 대상으로 시간에 따른 전자 상태를 분석했습니다.

박노정 교수는 이번 연구가 손대칭성 나노선에서 위상학적 전하 펌핑, 궤도 각운동량, 스핀 분극화가 하나의 통합된 메커니즘으로 연결됨을 처음 보였다고 말했습니다. 이 연구는 향후 나노 소자에서 전자, 궤도, 스핀 특성을 위상학적으로 제어하는 새로운 방법론의 토대가 될 것으로 기대됩니다.