이전에는 이런 원자를 본 적이 없었을 것입니다. 숨겨진 운동이 밝혀졌습니다.

과학자들은 양자 거동에 영향을 미치는 숨겨진 원자 진동을 시각화하여 오랜 이론을 확인하고 더욱 정밀한 재료 공학을 가능하게 했습니다. 출처: AI/ScienceDaily.com

차세대 전자 및 양자 장치에 영향을 미치는 원자 규모의 현상을 조사하는 연구자들은 원자 열 진동의 최초의 현미경 이미지를 포착하여 양자 기술과 초박형 전자 장치의 설계를 재구성할 수 있는 새로운 유형의 운동을 밝혀냈습니다.

메릴랜드 대학교 재료과학 및 공학과 조교수인 이차오 장은 차세대 전자 및 양자 소자를 위해 2차원 재료의 초전도성과 열전도에 영향을 미치는 물리적 현상인 "무아레 페이슨"을 직접 이미징하는 전자 현미경 기술을 개발했습니다. 이 연구에 대한 논문은 개별 원자의 열 진동 이미지를 최초로 기록했으며, 7월 24일 과학 저널 사이언스에 게재되었습니다(아래 기사 링크 참조).

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw7751

수 나노미터 두께의 판상 구조인 2차원 소재는 차세대 양자 및 전자 소자의 새로운 구성 요소로 연구되고 있습니다. 꼬인 2차원 소재의 특징 중 하나는 "무아레 페이슨"으로, 소재의 열전도도, 전자적 거동, 그리고 구조적 질서를 이해하는 데 매우 중요합니다. 이전에는 무아레 페이슨을 실험적으로 검출하기 어려웠기 때문에 양자 기술과 에너지 효율적인 전자 장치에 혁명을 일으킬 수 있는 소재에 대한 심도 있는 이해가 어려웠습니다.

장 교수 연구팀은 "전자 프티코그래피(electron ptychography)"라는 새로운 기법을 사용하여 이 과제를 해결했습니다. 이 기법은 기록된 최고 해상도(15피코미터 이상)를 달성하고 열 진동으로 인한 개별 원자의 흐릿함을 감지했습니다. 그녀의 연구는 공간적으로 국한된 모아레 페이슨이 꼬인 2차원 물질의 열 진동을 지배한다는 것을 밝혀냈으며, 이는 과학자들이 모아레 페이슨의 영향을 이해하는 방식을 근본적으로 변화시켰습니다.

이 획기적인 연구는 모아레 페이슨에 대한 오랜 이론적 예측을 확인했을 뿐만 아니라, "전자 프티코그래피"를 사용하여 열 진동을 원자 정밀도로 사상 처음으로 매핑할 수 있다는 것을 보여주었습니다. 이는 이전에는 실험적으로는 도달할 수 없는 능력이었습니다.

"이것은 원자 운동의 숨겨진 언어를 해독하는 것과 같습니다."라고 장 박사는 말했다. "전자 프티코그래피는 이러한 미묘한 진동을 직접 볼 수 있게 해 줍니다. 이제 우리는 이전에는 감춰졌던 물리학을 탐구할 수 있는 강력한 새로운 방법을 갖게 되었고, 이는 2차원 양자 물질의 발견을 가속화할 것입니다."

장 교수 연구팀은 양자 및 전자 재료의 결함과 계면이 열 진동에 미치는 영향을 규명하는 데 집중할 예정입니다. 이러한 재료의 열 진동 거동을 제어하면 맞춤형 열적, 전자적, 광학적 특성을 가진 새로운 소자를 설계할 수 있으며, 이는 양자 컴퓨팅, 에너지 효율적인 전자 장치, 나노 스케일 센서 분야의 발전을 위한 토대를 마련할 것입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250724232414.htm