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국내 연구팀이 2차원 물질의 자성 상전이를 세계 최초로 확인하는 데 성공했다. 향후 휘어지는 전자기기 제작에 필요한 휘어지는 자석을 만드는 데 발판이 될 전망이다.

정현식 서강대 물리학과 교수팀은 서울대, 기초과학연구원(IBS) 연구진과 공동으로 2차원 삼황화린(FePS3)이라는 물질에서 자기적인 성질이 변하는 상전이 현상을 관찰하는 데 성공했다.

2016년 노벨물리학상 수상자들의 주요 업적 가운데 하나는 2차원 물질이 고체에서 액체로 변하는 상전이 현상을 이론적으로 예측한 것이다. 1944년에는 2차원 물질에서 자기적인 상태 변화가 있을 것이라는 이론적 예측도 있었는데, 그동안 실험적으로 확인된 적은 없었다.

연구팀은 삼황화린이라는 화합물을 2차원 형태로 제작한 뒤 분광학적인 방법으로 온도 변화에 따른 자기적인 상태 변화를 측정했다. 분석 결과 영하 155℃를 기준으로 자성 상전이가 일어난다는 것을 확인했다. 영하 155℃ 이하에서는 이 물질의 원자 속 전자의 스핀 상태가 정렬된 반강자성을 나타냈다. 그보다 높은 온도에서는 스핀의 정렬이 풀어졌다. 반강자성은 이웃한 스핀이 반대 방향으로 정렬된 상태를 말한다.

정 교수는 “원자 두께의 2차원 자석을 만들 수 있는 토대가 열린 것으로, 향후 휘어지는 전자기기에 필요한 자석 소자를 만드는 데 활용할 수 있다”고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘나노 레터스’ 2016년 12월호에 게재됐다.