Zhao·Lu 박사, 2026 LOR상 공동 수상…비틀린 큐프레이트 초전도·다층 그래핀 FQAH 연구 인정

이례적 공동 수상 배경

올해 LOR상 선정위원회는 추천 후보의 수와 질이 모두 높다고 판단해 단독 수상 대신 공동 수상을 결정했다. NHMFL·플로리다주립대학교의 Laura Greene 교수가 위원장을 맡은 위원회에는 토론토대학교, 존스홉킨스대학교, 프린스턴대학교 등 북미 주요 기관 연구자들이 참여했다. 두 수상자는 상금 외에 국제 물리학 학술대회 참가 비용도 별도로 지원받는다.

Frank Zhao 박사: 비틀린 계면과 층상 초전도체

Zhao 박사는 콜롬비아대학교에서 Philip Kim 교수와 함께 박사 과정을 시작해 하버드에서 학위를 마쳤으며, 이 과정에서 저온 반데르발스(vdW) 적층과 레지스트-프리 나노가공 기술을 개척했다. 이후 MIT에서 Joe Checkelsky 교수와 박사후 연구를 수행하며 층상 초전도체 BaTa₂S₅를 발견했다. 이 물질의 면내 상부 임계자기장은 파울리 한계의 22배를 넘으며, 두 가지 초전도 위상 사이의 전이 증거도 확인돼 스핀-삼중항 초전도체 후보로 꼽힌다.

큐프레이트 초전도체 Bi₂Sr₂CaCu₂O₈₊ₓ(BSCCO) 결정을 45° 비틀어 접합했을 때 시간 역전 대칭 깨짐 초전도 현상이 나타났으며, 분수 샤피로 스텝과 제로 자기장 조셉슨 다이오드 효과도 관측됐다. 습기에 민감한 BSCCO를 다루기 위해 글러브박스 내에서 클린룸 수준의 공정을 구현하는 방법을 직접 개발했다는 점도 주목된다. 현재 메릴랜드대학교에 개설한 연구실에서는 단결정 합성과 vdW 나노가공을 결합한 연구를 이어가고 있다.

Zhengguang Lu 박사: FQAH 효과와 카이랄 초전도

Lu 박사는 플로리다주립대학교·NHMFL에서 2020년 박사학위를 마친 뒤, 2021년부터 2024년까지 MIT Long Ju 교수 연구팀에서 박사후 연구원으로 일했다. 이 기간에 마름모형 오층 그래핀과 육방정계 질화붕소(hBN) 모아레 초격자에서 외부 자기장 없이 전자들이 스스로 분수화된 위상 상태로 자기조직화하는 FQAH 효과를 최초로 발견했다. 이 결과는 이론적으로 예상되지 않았던 것으로, 해당 물질의 높은 순도와 투명 전극 호환성 덕분에 비-아벨 에논 물리학 및 위상학적 내결함성 양자 연산 연구의 유망한 플랫폼으로 평가받는다. Lu 박사는 이 공로로 2025년 맥밀런상을 수상한 바 있다.

같은 계에서 전자들이 결정격자 구조를 자발적으로 형성하는 새로운 위상도 발견됐으며, 마요라나 영모드를 지원할 가능성이 있는 카이랄 초전도 상태도 추가로 확인됐다. 현재 플로리다주립대학교에 독립 연구실을 꾸린 Lu 박사는 육층 마름모형 그래핀에서도 유사한 카이랄 초전도 상태를 발견하고 논문 출판을 준비 중이다.

연구의 기술적 의미와 한계

두 수상자의 연구는 모두 극저온·고자기장 환경에서 양자소재의 창발적 위상 및 초전도 현상을 탐색한다는 공통점을 갖는다. 비틀림 각도와 층 수 같은 물리적 제어 변수를 통해 원하는 위상을 설계할 수 있다는 가능성을 보여준다는 점에서, 위상학적 양자 연산 플랫폼 탐색에 시사점이 있다. 다만 FQAH 효과나 카이랄 초전도는 아직 이론적 이해가 완전하지 않으며, 소자 구현까지는 추가적인 공학적 과제가 남아 있다.

LOR상은 헬륨-3 초유동성을 발견한 공로로 1996년 노벨 물리학상을 공동 수상한 David M. Lee, Douglas D. Osheroff, Robert C. Richardson 교수의 이름을 딴 상으로, 북남미 저온·고자기장·표면과학 분야 신진 연구자를 대상으로 한다.