희귀 양자 물질을 찾는 '나침반'으로 여겨졌던 물리 현상이 실제로는 일반적인 고전 물질에서도 나타날 수 있다는 연구 결과가 나왔다.
일본 고베대 연구팀은 '평면 홀 효과'에서 나타나는 특정 전압 패턴이 양자 물질의 고유한 특성이 아닐 수 있다는 연구 결과를 국제학술지 '피지컬 리뷰 B'에 발표했다.
평면 홀 효과는 얇은 물질에 전류를 흘려주면서 같은 평면 내 자기장에 대한 전압 반응을 측정하는 분석법이다. 연구자들은 이 중 자기장을 회전시킬 때 전압 패턴이 120도마다 반복되는 '삼각 대칭' 현상이 나타나면 희귀 양자 특성의 증거로 간주해왔다.
기존 고전 물리 이론으로는 이 현상을 설명할 수 없었기 때문이다.
하지만 연구팀은 70년 된 고전 이론을 더 정밀하게 분석한 결과, 특정 조건에서는 고전 물질에서도 삼각 대칭 패턴이 나타날 수 있음을 수학적으로 증명했다. 이는 기존 이론과 실험의 '사각지대'를 발견한 것이라고 연구팀은 설명했다.
연구에 따르면 이 현상은 물질의 희귀한 회전 대칭성보다는 일반적인 거울 대칭성과 관련이 깊었다. 특정 결정 방향으로 물질을 제작하면 다양한 고전 물질에서도 삼각 대칭이 나타날 수 있다는 의미다.
이번 연구는 평면 홀 효과를 통한 양자 물질 진단의 정확도를 높이는 데 기여할 전망이다. 또한 자기 센서 등 관련 기술에 희귀한 양자 물질 대신 더 넓은 범위의 고전 물질을 활용할 길을 열었다는 평가를 받는다.
논문 제1 저자인 야마다 아키요시 연구원은 "거시적인 전기 측정으로 미시적인 결정 대칭과 전자 구조에 대한 정보를 추출할 수 있음을 보여준다"며 "차세대 첨단 소재 연구를 발전시키는 중요한 단계"라고 말했다.