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[IT뉴스]‘아르키메데스 스크류’ 닮은 나노선, 전자를 나르는 ‘양자 펌프’ 된다

온카뱅크관리자

2026-06-04 15:07:32

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">고전적 펌프 원리, 양자역학 세계에서 재현<br>전하 이동을 넘어 궤도와 스핀 제어까지 연결</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="V9wsh8e4vq">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="392c134c88fea4e950fd004c9ddfbd7ab21cebebac7e75e3f77a099e54859294" dmcf-pid="f2rOl6d8lz" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="아르키데메스 펌프(좌측)와 양자역학 위상학 전하 펌프. 연구그림=UNIST" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/04/seouleconomy/20260604150609542ucud.jpg" data-org-width="809" dmcf-mid="2dqKfhYCCB" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/04/seouleconomy/20260604150609542ucud.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            아르키데메스 펌프(좌측)와 양자역학 위상학 전하 펌프. 연구그림=UNIST
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="071cb960854662cfa7ac0c42ce5268ed3c3151bc5e4db0f52b0d873649e91d74" dmcf-pid="4VmISPJ6l7" dmcf-ptype="general">국내외 공동 연구진이 스크류처럼 꼬인 1차원 나선형 나노선이 전자를 정해진 양만큼 한 방향으로 이동시키는 ‘양자 펌프’ 역할을 할 수 있다는 사실을 이론적으로 규명했다. 고대 그리스의 아르키메데스 펌프가 회전 운동으로 물을 끌어 올리듯, 나노 세계에서도 기하학적 형태를 이용해 전하를 이동시킬 수 있다는 뜻이다.</p>
          <p contents-hash="b419584d1c8e2b647f3592ec79c537aac18627517bdc8ac4ab9bf1e2e69f3c55" dmcf-pid="8fsCvQiPvu" dmcf-ptype="general">울산과학기술원(UNIST) 물리학과 박노정 교수팀은 미국 펜실베이니아주립대학교 빙하이 얀(Binghai Yan) 교수 연구팀과 공동 연구를 통해, 1차원 나선형 물질이 ‘위상 전하 펌프’로 기능할 수 있음을 밝혀냈다고 4일 공개했다. 이번 연구에는 에스마일 타기자데 시사크트(Esmaeil Taghizadeh Sisakht) 박사가 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 게재됐다.</p>
          <p contents-hash="44c31eedd889cf56aa2bd064cf98861ffd2ef5ea810a7dfdaf789ae9722d5798" dmcf-pid="64OhTxnQlU" dmcf-ptype="general">아르키메데스 펌프는 원통 내부에 장착된 스크류를 회전시켜 낮은 곳의 물을 위로 끌어올리는 고전적인 장치다. 연구팀은 이 원리가 양자역학적 세계에서도 유사하게 작동할 수 있음을 증명했다.</p>
          <p contents-hash="36842079e220d8c563d1d403d6b24ffd150d21747f57de4d458224d5dc7bd833" dmcf-pid="P8IlyMLxWp" dmcf-ptype="general">나선형 구조의 물질을 활용하면 외부 전기장의 방향을 한 바퀴 회전시키는 것만으로도 전하가 일정한 방향으로 이동하게 된다. 이때 한 번의 회전 주기마다 이동하는 전하의 양은 정해진 값으로 고정되는데, 이를 ‘위상 전하 펌프’ 혹은 ‘사울리스 양자 펌프(Thouless quantum pump)’라고 부른다.</p>
          <p contents-hash="1b89e56f3c3fec32c5d2304f17a7c68da96929fbbe40ceefa31c2de9c5e33faa" dmcf-pid="Q6CSWRoMv0" dmcf-ptype="general">이는 전압을 걸어 전류를 흘려보내는 일반적인 방식과 다르다. 부도체 상태에서 전자의 양자학적 상태를 한 바퀴 순환시킴으로써 전하를 안전하게 옮기는 물리 현상이다. 기존의 위상 펌프 시스템은 두 가지 이상의 복잡한 외부 조절 인자를 정교하게 제어해야 했으나, 이번에 발견된 나선형 물질은 전기장 방향이라는 ‘단 하나의 조건’만으로도 펌핑이 가능하다는 점에서 학계의 주목을 받고 있다.</p>
          <p contents-hash="d631016c6d854f6ce32581ed3da251d516352159d165d5bad887f302afb00f00" dmcf-pid="xPhvYegRl3" dmcf-ptype="general">연구팀은 나선형 탄화수소 모델과 삼방정계 셀레늄 나노선을 대상으로 시간에 따른 전자 상태를 분석했다. 그 결과, 전하가 나선형 구조를 따라 이동하는 과정에서 전자의 공전 방향에 해당하는 ‘궤도각운동량’이 함께 발생한다는 사실을 확인했다.</p>
          <p contents-hash="abb38dbdf0ee2876a439209fdbc2e76c1c9a6079ef3a7156157bbf83d2a464b7" dmcf-pid="yv4PRGFYhF" dmcf-ptype="general">특히 셀레늄 나노선에서는 이 궤도 성질의 정렬이 전자의 자전 방향인 ‘스핀 성질’로 이어지는 ‘스핀-궤도 결합’ 현상이 관찰됐다. 전하의 이동이 궤도의 정렬을 유도하고, 이것이 다시 스핀 분극 현상으로 연결되는 일련의 메커니즘이 확인된 것이다.</p>
          <p contents-hash="421946993c5b905b376eaa502bdbc4000da4c35ccb5f974de2aa337a97d7fa53" dmcf-pid="WYQRi5UZlt" dmcf-ptype="general">박노정 UNIST 물리학과 교수는 “이번 연구는 손대칭성을 가진 나노선에서 위상학적 전하 펌핑과 궤도각운동량, 스핀 분극화가 하나의 통합된 메커니즘으로 연결되어 있음을 처음으로 증명한 성과다”며 “앞으로 나노 소자 분야에서 전자의 전하, 궤도, 스핀 특성을 위상학적으로 제어할 수 있는 새로운 방법론의 토대가 될 것”이라고 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="37eaa8b91c6b7bb9c058031d7217b4a315b14f9b352d58274d49a1b3fc110738" dmcf-pid="YGxen1u5W1" dmcf-ptype="general">이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 기초연구사업 및 산업통상자원부 KIAT 인력양성사업의 지원을 받아 수행됐다.</p>
          <p contents-hash="4caaeea71c7eca283a076a91d01a5a02f45e1a4ce602a3c4d302cc3e9ae938e9" dmcf-pid="GHMdLt71y5" dmcf-ptype="general">울산=장지승 기자 jjs@sedaily.com</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 서울경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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