세계최초 고체표면의 단일원자 특성 관찰에 성공
논문의 주요 내용
□ 논문의 주요 내용
2. 연구 내용
○ 연구는 미국 IBM 알마덴연구소가 보유한 STM으로 진행됐다. STM은 뾰족한 금속 탐침으로 시료를 분석해 원자 단위에서 발생하는 현상을 관찰할 수 있게 해준다. 동시에 STM을 이용해 원자 하나를 집어 다른 위치로 이동시키는 것도 가능하다. 실험에는 자성을 가진 원소인 철(Fe)과 티타늄(Ti)이 사용됐다.
○ 이번 연구에서 얻어낸 과학적 성과는 크게 세 가지다. 첫째는 고체 표면 위에서 단일 원자의 핵스핀을 측정했다는 것이다. 전자스핀과 달리 핵스핀이 내는 에너지는 그 크기가 매우 미세해 현재까지 측정이 어려웠다. 지금까지는 최소 백만 개(10⁶)이상의 원자들이 내는 스핀 신호를 측정해 ‘통계적인 앙상블’만 측정했을 뿐이다. 병원에서 쓰이는 MRI도 이 방법을 사용한다. 반면 연구진은 물리학계의 첨단 기술로 꼽히는 STM과 ESR 기술을 결합해 단일 원자의 핵스핀을 측정할 수 있었다.
○ 두 번째 성과는 핵스핀과 전자스핀 사이 ‘초미세 상호작용’을 토대로 단일 원자의 동위원소를 구분하는 데 성공했다는 것이다. 스핀은 일종의 회전하는 막대자석으로, 핵과 전자의 스핀은 그 방향에 따라 서로 밀거나 끌어당기는 상호작용을 한다. 연구진은 이번 연구를 통해 철(Fe)과 티타늄(Ti)의 동위원소 중 핵스핀을 갖는 동위원소를 구분하는 데 성공했다.
○ 마지막으로 표면 위 원자의 위치에 따라 초미세 상호작용이 변한다는 것을 명확히 밝혔다. 티타늄 원자는 산화마그네슘 표면 위에 놓인 위치에 따라 초미세 상호작용, 즉 스핀의 특성이 달라졌다. 이는 원자의 전자기적 특성이 표면 원자들과의 양자역학적 상호작용에 의해 달라지기 때문이다.
세계최초 고체표면의 단일원자 특성 관찰에 성공
연구에 사용된 STM은 어느 단체가 보유하고 있었지
미국 IBM 알마덴연구소