과학2026. 11. 13. 오전 12:52 UTC·2 분 소요

상온 초고체 관측, 폴란드 연구진이 확인한 새 양자 상태

폴란드 물리학자들이 결정처럼 배열되면서 마찰 없이 흐르는 초고체를 상온에서 관측했습니다. 지금까지는 극저온이 필수였습니다.

Laser light passing through a tiny optical microcavity in a physics lab, producing a pattern of bright stripes. — 이미지: CHIP Polska - Technologie mamy we krwi!

결정처럼 질서 있게 배열되면서 점성 없이 흐르는 물질, 초고체(supersolid)를 폴란드 연구진이 상온에서 관측했습니다. 바르샤바대학교와 군사기술아카데미(WAT) 연구자가 참여한 국제 연구팀의 성과이며, 논문은 『Science Advances』에 실렸습니다.

초고체란 무엇인가

초고체는 양자물리학이 예측한 특이한 물질 상태입니다. 결정 특유의 규칙적인 공간 구조와, 점성 없이 흐르는 초유동성을 함께 지닙니다. 서로 모순돼 보이는 두 성질입니다. 물질이 결정이면서 동시에 완벽한 양자 유체처럼 행동하는 셈입니다. 이 현상은 1960년대부터 예측됐지만 실험 확인은 수십 년간 어려웠고, 초저온 원자 응축체에서 처음 관측된 것은 2017년이었습니다.

이번 실험은 어떻게 다른가

연구팀은 엑시톤-폴라리톤 보스-아인슈타인 응축체를 활용했습니다. 엑시톤-폴라리톤은 빛과 물질이 강하게 결합해 생기는 준입자입니다. 연구팀은 유기 반도체 층과 브래그 거울 사이에 네마틱 액정을 채운 광학 마이크로캐비티를 만들었고, 이 구조 덕분에 상온에서 빛과 물질의 결합이 가능했습니다.

또 빛의 라시바-드레셀하우스형 스핀-궤도 결합을 전기로 제어하는 방법을 개발했습니다. 외부 전압으로 액정의 복굴절을 바꿔 시스템의 특성과 응축체의 편광을 정밀하게 조절합니다.

새로운 상의 증거는 시료에서 나온 빛에 나타난 규칙적인 밝은 줄무늬였습니다. 응축체 밀도가 저절로 주기적으로 변했다는 뜻이며, 결정 속 원자 배열과 비슷합니다. 빛의 편광에서도 변조가 확인됐습니다. 레이저 펄스를 거듭할 때마다 줄무늬가 다른 위치에 나타났는데, 시스템이 여러 동등한 배치 중 하나를 스스로 고르는 자발적 대칭 깨짐을 보여줍니다.