연자로 연결된 전선 가능할까

원자로 연결된 전선 가능할까

가장 최소 단위의 배선은 무엇을 의미하는 걸까. 배선을 A라는 물질로 만든다고 가정했을 때 가장 최소 단위는 A를 이루는 분자 또는 원자 수준이다. 원자들이 일렬로 선을 이루어 배선의 역할을 한다면 더 이상의 배선은 없다. 간단해 보이면서 흥미로운 이론이지만 이 분야를 연구하는 사람은 원자선원자막연구단을 이끄는 연세대 물리학과 염한웅 교수뿐이다. 여기에 또 다른 중요한 사실이 있다. 배선이라고 하면 전자의 이동 통로를 말한다. 그런데 원자 수준의 선을 만들어 배선으로 사용한다면 전자의 이동은 어떻게 될까. 일반적인 구리선은 전자 입장에서 보면 굉장히 큰 터널이다. 전자는 배선 안에서 물처럼 자유롭게 움직인다. 하지만 일렬로 늘어선 원자선의 경우는 전자가 이동할 때 자유롭게 움직이지 못한다. 게다가 양쪽에서 서로 전자가 이동한다면 강한 충돌을 일으킨다. 이처럼 제한된 공간 속에서 전자가 갖는 물리적 특성을 ‘1차원적인 전자의 운동’이라고 하며 이것은 현대 물리학의 중요한 과제 중의 하나다. 이런 새로운 물질계에서 주목할 만한 특징이 ‘상전이’ 현상이다. 염 교수는 원자선에 대한 연구를 하다가 원자선이 실온에서는 금속인데, 온도를 낮추면 결정구조가 찌그러지면서 부도체가 된다는 사실을 알아냈다. 저온에서 금속-비금속의 상전이를 일으킨 것이다. 염 교수는 1999년 이런 사실을 세계 최초로 발견했고 연이어 2003년과 2005년에 또 다른 상전이 현상을 발견했다. 이런 상전이 현상은 주사터널현미경을 통해 분석할 수 있는데, 지금까지는 없었던 새로운 물성 연구가 가능할 것으로 보아 저차원 전자물성 연구에 한 획을 그은 것으로 평가받고 있다.

글/편집부 (2006년 07월 6일)

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