▲ 칼슘 이리듐 산화물(CaIrO3)의 구조. 빨간색은 이리듐 (Ir) 원자, 하얀색은 칼슘 (Ca) 원자, 파란색은 산소 (O) 원자를 나타낸다..

국내연구진이 물리학에서 신물질로 각광받는 이리듐 산화물(CaIrO3)이 저온에서 전기가 흐르지 않는 성질(절연체)을 나타내는 원인을 새롭게 밝혀내 기술·산업적 활용도를 높일 것으로 기대를 모으고 있다.

한국연구재단은 한양대 조준형 교수와 김선우 연구원이 이리듐 산화물 중 하나인 칼슘이리듐 산화물(CaIrO3)이 저온에서 전기가 흐르지 않는 원인이 ‘모트 절연체’가 아닌 ‘슬레이터 절연체’ 상태이기 때문임을 밝혀냈다고 27일 밝혔다.

그간 연구계에서는 이리듐 산화물이 저온에서 절연체가 되는 것에 대해 전자 간 척력이 커서 이웃한 원자로 전자들이 이동하지 못하는 절연체 상태(모트 절연체) 때문인 것으로 받아들여져 왔으나 일각에서는 슬레이터 절연체(전자들 사이의 척력 때문이 아니라 전자가 갖는 스핀이 장거리 자기적 정렬에 의해 전자들이 이동하지 못하는 상태)일 수 있다는 주장이 제기되는 등 논란이 있었다.

조준형 연구진은 이 현상이 슬레이터 절연체일 수 있다는 가설 하에 절연체 안에 있는 전자들의 상태를 양자역학 이론을 적용해 다양한 수치적 방법을 가지고 컴퓨터로 계산했다.

이번 연구로 이리듐 산화물의 절연체 상의 원인을 새롭게 규명되면서 이리듐 산화물의 기초 물성을 이해하고 연구가 확대되는데 새로운 전기를 마련하게 됐다는 평가다.

조준형 교수는 “이리듐산화물은 전기와 자성을 동시에 띠기 때문에 물질 조성에 따라 금속, 반도체, 초천도체, 자성체로 폭넓게 쓰일 수 있어 실리콘을 대체할 신물질로 각광받고 있다”며 “이번 성과는 이리듐 산화물의 기초물성을 이해하고 기술·산업적 활용성을 높이는 데 기여할 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 미국 아이오와대학 연구팀과 국제공동연구로 진행됐으며 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(중견연구자지원)과 KISTI 슈퍼컴퓨팅 연구지원사업의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 물리학 분야 최고 권위지 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters) 최신호(8월 28일)에 게재됐다.