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응집물질물리학의 미개척 분야에 대한 전망

전문가 제언: ○ 응집물질물리학을 30년 전에는 고체물리학이라고 불렀다. 다루는 대상은 금속과 합금에서 시작하여 전자공학의 기틀이 된 반도체, 그 밖에 초전도체 등이다. 물질의 성질은 대부분 전자계의 특성과 상호작용에 의해서 결정되므로 전자계의 상태, 전자의 운동 등을 설명하는 이론과 전기적 특성, 자기적 특성, 열적 특성 등을 실험적으로 측정하는 것이 응집물질물리학의 주요 내용이다.

○ 이론적인 측면에서 보면 페르미온인 전자가 페르미 액체를 이루고, 물질의 상태를 기술하는 대칭이 파괴되면 상(phase)이 바뀌어 고체가 액체로, 또는 강자성체가 상자성체로 된다. 페르미 액체 이론과 상전이 이론은 응집물질물리학의 초석이며, 금속이 어떻게 전기와 열을 잘 전도하는지를 설명하고, 반도체인 Si으로 트랜지스터와 집적회로를 만들 수 있는지에 대한 기반을 제공함으로써 컴퓨터 등에 다양하게 응용되었다.

○ 20년 전에 발견된 구리산화물 고온초전도체는 임계온도(Tc)가 종래의 합금초전도의 최고 Tc보다 5～6배가 높다. 자기장을 가하면 전기저항이 ～106 증가하는 거대자기저항 물질도 발견되었다. 이런 물리현상은 종래의 이론으로는 설명할 수 없으며, 아직도 만족할 만한 고온초전도 이론은 없다. 응집물질물리학에서 가장 중요한 과제중 하나이다.

○ 최근 물리학뿐만 아니라 여러 분야에서 나노과학과 나노기술이 연구되고 있다. 나노선, 탄소튜브, 그래핀 등 나노미터(10-9m)수준의 구조를 제작하고, 특성화하고 집적하는 기술이 나날이 발전하고 있다. 나노과학에서도 응집물질물리학과 타학문 간의 협력연구가 필수적이다.

○ 응집물질물리학은 물리학 중에서 가장 많은 연구자가 참여하는 분야이다. 학제간 연구가 가장 활발하고, 기초연구이면서도 응용가능성이 가장 높다는 장점이 있다. 최근에 가장 많은 노벨상 수상자를 배출한 분야이기도 하다. 이 논문은 많은 참고문헌과 함께 응집물질물리학의 프론티어 연구현황을 상세히 설명하였다. 응집물질물리학의 전공자뿐만 아니라 타분야의 연구자에게도 많은 도움이 되리라고 믿는다.

저자: Nai-Chang Yeh
자료유형: 학술정보