^{교신저자 연세대학교 물리학과 교수 박근수 박사<출처:과기부 보도자료>}

제1저자 박수빈 연세대학교 물리학과 석박사통합과정, 밴드구조제어연구단 연구원<출처: 과기부 보도자료>

(서울)과학기술정보통신부는 연세대학교 김근수 교수 연구팀(박수빈 연구원)이 고체 물질에서 전자가 액체와 고체의 특성을 동시에 지닌 '전자결정' 조각을 세계 최초로 발견했다고 10월 17일 발표했다. 이번 발견은 초전도체와 초유체의 미스터리를 풀 수 있는 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 이 연구는 국제 학술지 네이처(Nature)에 게재되며, 학계에서 큰 주목을 받고 있다.

김근수 교수팀은 알칼리 금속을 도핑한 흑린 표면에서 전자의 미세한 결정 조각을 발견했다. 이를 증명하기 위해 방사광가속기와 각분해광전자분광(ARPES) 장치를 활용해 전자의 에너지와 운동량을 정밀 측정했으며, 그 결과 전자결정 조각의 독특한 불규칙성을 관측하는 데 성공했다.

이번 연구는 전자들이 일정한 배열을 가지지 않으면서도 고체의 특성을 나타내는 액체결정(액정) 상태를 최초로 발견한 사례로, 물리학의 오랜 난제인 고온초전도 현상을 이해하는 데 핵심적인 역할을 할 수 있다. 연구팀은 이를 기반으로 고온초전도체에서 미세한 전자결정 조각의 흔적을 찾기 위한 추가 연구를 진행할 계획이다.

• ^{[그림1] 고체 물질 속 전자결정 조각들을 형상화한 그림: 투명한 파란 구체들이 육각형 배열을 이루며, 이는 고체 물질 내에서 짧은 거리만 규칙적인 배열을 가진 전자결정 상태를 나타낸다.}
  
  

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• ^{[그림2] 전자결정 조각의 흔적을 보여주는 실험 데이터: 각분해광전자분광으로 측정한 전자의 에너지-운동량 그래프는 불규칙성을 보여주며, 이는 전자결정 조각이 존재할 때 나타나는 독특한 특징이다.}

First Observation of 'Electronic Crystallites' in Solids: A Key to Solving Physics Mysteries

A research team from Yonsei University, led by Prof. Keun Su Kim, has discovered atomic-scale electronic crystallites, a significant step toward understanding high-temperature superconductivity and superfluidity.

On October 17, 2024, the Ministry of Science and ICT announced that the research team, led by Professor Keun Su Kim from Yonsei University, has experimentally observed electronic crystallites in solids for the first time. These crystallites, which exhibit characteristics of both solids and liquids, provide a key to solving long-standing physics puzzles related to high-temperature superconductors and superfluidity.

The research, supported by the National Research Foundation of Korea, utilized angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) to measure the energy-momentum relations of electrons doped from alkali metals. The findings have been published in the journal Nature.

[Reference] S. Park et al. Electronic rotons and Wigner crystallites in a 

two-dimensional dipole liquid, Nature, https://doi.org/10.1038/s41586-024-08045-0

[Main Author] Soobin Park, Keun Su Kim (Yonsei University)

Contact email: Professor Keun Su Kim (keunsukim@yonsei.ac.kr)