성균관대학교(총장 정규상)는 이영희 에너지과학과 교수(IBS 나노구조물리연구단장) 연구팀이 층상 구조 물질인 이황화몰리브덴에서 나타나는 도체-부도체 상전이 현상을 측정하고, 양자 상전이 현상으로 설명이 가능하다는 것과 두께에 따라 상전이 특성이 바뀐다는 사실을 발견했다고 24일 밝혔다.
 
연구팀은 이차원 반도체 물질은 불순물이 많지만, 큰 유효질량과 작은 유전율 때문에 전자간 상호작용이 크고 또 두께에 따라 두 조건이 바뀔 수 있다는 점에 착안했다.

여러 두께의 이황화몰리브덴으로 불순물과 상호작용의 상관관계와 새로운 물리 현상을 발견하기 위해 실험을 수행했다.

그 결과 이 물질 시스템에서의 도체-부도체 상전이가 양자 상전이로 잘 설명되는 것을 확인했다. 다층에서처럼 전자간 상호작용이 충분히 큰 경우 불순물의 영향을 최소한으로 차폐시켜 마치 불순물이 없는 경우의 상전이처럼 작용할 수 있다는 것을 확인했다.

반대로 단층에서 불순물에 의해 상전이가 유도되며, 다층에서 상호작용의 비대칭성에 의해서 생겨나는 비대칭적 임계지수가 단층에서는 대칭적으로 바뀌는 현상을 확인했다.

이번 연구의 심사를 맡았던 한 위원은 "새로운 물질에서 2차원 도체-부도체 상전이에 대한 결과는 오랫동안 풀리지 않고 있는 문제에 대해 새로운 관심이 모였다"라며 "다체계에서의 앤더슨 국소화라는 매력적인 문제에 대한 관심을 다시금 불러올 수 있을 정도로 흥미롭다"고 평가했다.

한편, 이번 연구결과는 '네이처 커뮤니케이션(Nature communications, IF 12.124)' 온라인판에 영국시간으로 24일 오전 10시에 게재됐다.