kg 재정의할 ‘란다우 준위’ 이미지화 최초 성공

그간 이론적으로만 예측됐던 ‘란다우 준위’를 과학자들이 최초로 이미지화하는 데 성공했다고 2일(현지시각) 라이브사이언스닷컴이 보도했다.

란다우 준위는 노벨상 수상자인 러시아의 이론 물리학자 레프 란다우가 1930년 예측한 전자의 자기 궤도로, 균일한 자기장 내의 전자가 자기장에 수직인 평면 내에서는 원이나 타원 운동을 해 양자화된 특정 상숫값을 갖는 것을 말한다.

이런 궤도는 강한 자기장에 노출되면 전자가 곡선 경로의 움직임을 보인다. 과학자들은 기존에 전류의 변화를 측정해 란다우 준위의 존재를 이론적으로 확인한 바 있지만, 어느 누구도 지금까지 실제로 본 적은 없다.

이번 발견에 참여한 영국 워릭대학의 물리학자 루돌프 로머는 “주사터널현미경(STM)을 사용해 관측할 수 있었다.”고 밝혔다.

로머는 일본 토호쿠대학 코이치 하시모토 박사가 이끈 연구진의 일원으로, 이번 연구는 지난달 14일 미국물리학회지인 ‘피지컬 리뷰 레터스’를 통해 논문으로 소개됐다.

전자와 같은 하전입자는 자기장 내에서 궁극적으로 원을 만드는 곡선 경로를 따라 이동한다. 자기장이 강하면 강할수록 이 원은 점점 작아진다.

그 내부를 이동하는 전자에 대한 가장 작은 것으로 추정되는 원이 바로 란다우 준위다.

이 같은 란다우 준위를 이미지화하기 위해 물리학자들은 반도체의 재료가 되는 물질의 표면에 있는 전자들을 관찰했다. 이후 그들은 전자의 위치를 찾을 수 있는 주사터널현미경을 사용했다고 한다.

이 기술은 전자를 다른 위치로 통과시키도록 함으로써 표본을 이미지화하는 방법이다.

한편 란다우 준위는 국제단위계(SI)에서 질량의 기본단위인 킬로그램(kg)을 재정의하는 데 도움이 될 수 있다고 한다.

사진=영국 워릭대학

윤태희기자 th20022@seoul.co.kr