물리학과 김근수 교수 연구팀이 미국·영국·캐나다와의 국제 공동연구를 통해 고체 물질 속에서 빛으로 관측할 수 없는 ‘암흑 전자’의 존재를 세계 최초로 규명했다.

자연에는 빛을 흡수하거나 방출하지 않아 관측이 어려운 암흑 상태가 존재한다. 이는 다양한 자연 현상에 영향을 주며, 아직까지 확인되지 않은 암흑 상태의 존재 규명은 인류 난제들의 실마리를 제시할 것으로 기대된다.

김근수 교수 연구팀은 같은 종류의 원자가 한 쌍으로 대칭을 이룰 때 발생하는 양자 간섭을 연구하던 중, 이를 두 쌍으로 확장하면 어떤 조건에서도 관측이 불가능한 암흑 상태의 전자가 존재할 것이라 가정했다.

이후 4년간 꾸준한 연구를 통해 전자의 암흑 상태를 설명하는 모델을 고안하고, 방사광가속기를 활용해 고온초전도체 구리 산화물에서 관측할 수 없던 전자가 암흑 상태에 해당함을 밝혀내는 데 성공했다. 이는 고체 물질 속에서도 전자들이 암흑 상태로 존재할 수 있음을 규명한 세계 최초의 연구이다.

한편, 연구는 과학기술정보통신부 기초연구사업(글로벌 리더연구)의 지원으로 수행됐으며, 연구 성과는 국제학술지 '네이처 피직스(Nature Physics)'에 7월 29일 게재됐다.

* 논문 제목: Dark states of electrons in a quantum system with two pairs of sublattices