IBS, 포스텍에 양자물질 극한물성 연구단 출범…김준성 교수 초대 단장

포스텍에 새로운 양자물질 연구 거점 마련

IBS가 포스텍 캠퍼스에 양자물질 극한물성 연구단을 설립하면서 국내 양자물질 기초연구 인프라가 한층 확충됐다. 양자물질은 전자의 양자역학적 거동이 전기전도성·자성·초전도성 같은 거시적 특성으로 표출되는 물질군으로, 온도·압력·자기장 등 외부 조건에 따라 물성을 능동적으로 조절할 수 있다는 점에서 차세대 전자소자와 양자정보 기술의 핵심 소재로 부상해 있다. 이번 연구단은 극저온·고압·고자기장이 복합적으로 적용되는 다중 극한 환경에서 이러한 물성을 정밀하게 규명하는 데 초점을 맞춘다.

김준성 단장의 연구 이력과 주요 성과

서울대 물리학과에서 학·박사 학위를 취득한 김준성 단장은 2004년부터 독일 막스플랑크 고체연구소에서 연구원으로 활동했고, 서울대 BK 연구교수를 거쳐 2009년 포스텍 물리학과에 합류했다. 응집물리 실험, 양자물질 단결정 성장, 극한환경 물성 측정을 주요 연구 영역으로 삼아왔다.

주요 성과로는 2018년 위상 전자구조가 대규모 이상홀 전류를 만들어내는 원리를 규명해 Nature Materials에 보고한 연구가 꼽힌다. 2021년에는 위상 전자구조와 자성이 결합된 양자물질에서 자기장 방향만 변경하는 것으로 전기저항을 10억 배 이상 바꿀 수 있는 초거대 각도 자기저항 현상을 발견해 Nature에 게재했다. 가장 최근인 지난해에는 위상학적 평탄 전자구조와 야누스 결정구조가 공존하는 양자물질을 합성하고 전자 양극성 반도체 특성과의 상관관계를 Advanced Materials에 제시했다. 이 같은 성과로 2018년 삼동 초전도 학술상, 2022년 경암상과 한성학술상을 수상했다.

양자 기하학 기반 신물질 탐색이 핵심 과제

연구단의 중심 연구 방향은 '양자 기하학'을 활용한 새로운 양자물질 설계다. 전자구조의 기하학적 특성을 분석 언어로 삼아, 기존 이론으로 설명하기 어려운 이상 물성의 근원을 밝히고 이를 극대화하는 방향으로 물질을 합성하는 패러다임을 구축하겠다는 구상이다. 여기에 다중 전자 간 상호작용 분석도 병행해 신규 양자물질 발굴의 폭을 넓힐 예정이다.

극한환경 플랫폼 구축과 기대 효과

연구단은 포스텍 내에 극저온·고압·고자기장을 복합 구현하는 실험 플랫폼을 구축해 위상 전자구조와 전자 상태, 전자 간 상호작용을 정밀 측정·제어하는 기술을 개발할 계획이다. 극한 조건은 통상 환경에서 포착하기 어려운 위상 양자 현상을 가시화하는 데 필수적이다. 연구단 출범을 통해 IBS와 포스텍이 형성하는 협력 구조는 국내 양자물질 연구의 국제 경쟁력을 끌어올리는 거점 역할을 할 것으로 기대된다.