과학2026. 11. 9. 오전 3:05 UTC·2 분 소요

상온 초고체 구현, 액정 마이크로캐비티에서 성공

바르샤바대, IBM Research Zurich, CNRS 연구진이 액정 마이크로캐비티에서 극저온 장비 없이 상온 초고체를 생성하고 제어했습니다.

Laboratory setup with a liquid crystal optical microcavity producing interference fringes of light, used to create a supersolid at room temperature. — 이미지: CHIP Polska - Technologie mamy we krwi!

바르샤바대학교, 군사기술아카데미(WAT), IBM Research Zurich, 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)의 국제 연구진이 초고체(supersolid)를 상온에서 생성하고 제어할 수 있음을 입증했습니다. 연구 결과는 학술지 Science Advances에 실렸습니다.

연구진에 따르면 이 구조는 약 60°C까지 가열해도 기능을 유지합니다. 광전자적 특성도 외부 전압으로 동적으로 조절할 수 있습니다. 집적형 양자 광자 회로를 소형화하는 간단한 길이 열린다는 설명입니다.

극저온 장벽을 피한 방법

초고체는 단단한 결정 격자와 초유체성이 공존한다는 개념으로, 1960년대 이론가들이 제안했습니다. 초유체는 점성이 사라져 물질이 저항 없이 흐르는 상태입니다. 실험으로 확인된 것은 2017년이며, 초저온 원자 보스-아인슈타인 응축체에서 처음 관측됐습니다.

이번 연구팀은 느린 원자 대신 빛과 물질의 준입자를 활용했습니다. 광학 마이크로캐비티에 갇힌 광자와 엑시톤이 강하게 결합해 엑시톤-폴라리톤이 만들어집니다. 이 준입자의 수명은 수 피코초에 불과하지만, 양자 초유체처럼 행동하는 보스-아인슈타인 응축체를 형성하기에는 충분했습니다.

초고체 상으로의 전이는 시료 표면에서 일정한 간격으로 나타난 밝은 간섭 줄무늬로 확인했습니다. 줄무늬는 빛의 세기와 편광이라는 두 독립 채널에서 동시에 질서를 보였습니다. 자발적 대칭 깨짐의 직접적 증거도 함께 관측됐습니다. CNRS Institut Pascal의 Guillaume Malpuech 교수는 레이저 펄스마다 줄무늬가 서로 다른 무작위 위치에 생겼으며, 이는 이론 예측과 일치한다고 밝혔습니다.

재료 측면의 난관

핵심은 WAT가 설계·제작하고 특수 액정을 채운 마이크로캐비티입니다. IBM Research Zurich 팀이 여기에 유기 반도체 초박막을 입혔습니다. 반도체가 액정과 천천히 화학 반응해 시료는 제작 후 몇 시간만 안정적이었습니다. 모든 광학 측정을 이 짧은 시간 안에 마쳐야 했고, 반복할 때마다 새 시료를 만들어야 했습니다. 그럼에도 전압으로 제어되는 액정 마이크로캐비티가 빛과 물질의 새로운 양자 상을 탐구할 유연한 플랫폼임이 확인됐습니다.