심흥선 한국과학기술원(카이스트) 물리학과 교수

과학기술정보통신부와 한국연구재단은 '이달의 과학기술인상' 7월 수상자로 한국과학기술원(카이스트) 물리학과 심흥선 교수를 선정했다고 30일 발표했다.

이달의 과학기술인상은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정해 과기장관상과 상금 1000만원을 수여하는 시상이다.

과기부와 연구재단은 심흥선 교수가 금속과 반도체 내 불순물의 자성을 가리는 스핀 구름의 존재를 세계 최초로 입증해 미래 정보 통신과 안보기술의 토대인 양자 기술 발전의 실마리를 제공하고, 국내 양자물리의 학문적 위상을 강화한 공로를 높게 평가했다고 밝혔다.

과기부는 양자 기술에 대한 대국민 인식 확산과 국내 연구개발 활성화를 위해 '2021 양자정보주간'(6월 28일~7월 2일)을 운영하고 있는 가운데 '응집상 양자 결맞음 연구센터'의 센터장으로 활동하며 양자물리 기초연구에 매진해온 심흥선 교수의 연구 성과가 조명을 받고 있다.

도체나 반도체 내 불순물이 스핀을 가질 때, 이 스핀이 주위의 자유 전자들에 의해 생성된 스핀 구름에 의해 가려지는 콘도 효과(Kondo effect)는 1930년대 처음 알려졌다.

하지만 지난 50년간 많은 연구진이 이론적 규명 및 실험적 입증에 나섰지만 모두 스핀 구름 관측에 실패해 그 존재에 대한 논쟁이 있었다.

심흥선 교수는 2013년 전기장을 콘도 스핀 구름 내부에 가한 경우와 외부에 가한 경우 각각 서로 다른 전류가 발생함을 예측하고, 이를 이용해 콘도 스핀 구름을 관측하는 방법을 제안했다.

공동연구에 나선 일본 이화학연구소(RIKEN) 연구팀은 심 교수의 이론 제안에 따라 불순물 스핀 주변에 서로 다른 여러 곳에 전기장을 인가할 수 있는 반도체 양자 소자를 제작했다.

심 교수팀은 매우 낮은 온도(-273.05℃)에서 관측된 소자의 전기 신호를 분석하는 방법으로 스핀 구름의 크기와 공간 분포 확인을 통해 마이크로미터(10-6미터) 크기의 스핀 구름 존재를 최초로 증명했다. 관련 연구 결과는 2020년 3월 국제 학술지 '네이처(Nature)'지에 게재됐다.

심 교수는 "이 연구는 그동안 논란이었던 스핀 구름의 존재를 입증하고, 반도체 양자 소자를 이용하여 마이크로미터 크기의 스핀 구름을 생성하여 확인한 것에 의의가 있다"며 "연구 결과가 미래 반도체 기술 개발로 이어지길 기대한다"고 말했다.