이현우 교수, 전자의 입자-파동 이중성에 대한 새로운 발견

전자의 입자-파동 이중성에 대한 새로운 발견

　　전자와 같은 입자들이 야구공과 같은 입자처럼 행동할 수도 있지만 어떤 경우는 음파나 빛과 같이 파동처럼 행동할 수도 있다는 입자-파동 이중성은 직관적으로는 이상해 보일지 모르지만 원자 수준의 작은 세계의 성질에 대한 학문인 양자물리학에서는 잘 알려진 사실이다. 그런데 어떤 경우에 입자의 특성이 강하게 나타나고 어떤 경우에 파동의 특성이 강하게 나타나는 지가 이제까지 많은 학자들이 생각했던 것보다 복잡하다는 것이 한국과학자들에 의해 최근에 밝혀졌다. 입자-파동 이중성은 원자의 성질뿐 아니라 금속이나 반도체와 같은 여러 물질의 특성에 영향을 미치는 중요 요인으로 이 발견은 양자물리학의 효과가 강하게 나타나는 저온에서의 물질 특성들, 특히 비평형 상태에서의 물질 특성을 규명하는데 도움이 될 것으로 기대된다.
　　전자들간에는 서로 밀어내는 강한 전기력이 작용하고 이 전기력을 통해서 각 전자들은 다른 전자들의 위치를 어느 정도 파악할 수 있다. 이제까지 많은 학자들은 전기력이 강해질수록 (예를 들어 전자간의 거리가 작아져서) 전자 　위치가 더 정확히 파악되고 이로 인해 파동성이 약해지고 입자성이 강해질 것으로 믿어왔다. 그런데 반도체에 형성된 가는 선 모양 구조에서의 전자 움직임을 연구한 KAIST 대학원생 윤석찬씨와 Postech 이현우 교수, KAIST 심흥선 교수의 공동 논문에 의하면 (물리학 분야 권위지 Physical Review Letters 5월 16일자에 게재) 전기력이 강해질 때 어느 한계까지는 파동성이 점점 약해지지만 전기력의 세기가 이 한계를 넘어서고 나면 파동성이 다시 강해지고, 전기력의 크기가 더 커져 두 번째 한계를 넘고 나면 파동성이 다시 약해지는 형태로, 파동성의 세기가 전기력의 세기에 따라 진동할 수 있다고 한다. 이 논문의 결과는 전자의 입자-파동 이중성에 대한 많은 학자들의 예상을 벗어난 결과로 거의 동시에 비슷한 결과를 얻은 이스라엘 학자들의 논문과 같이 미국물리학회 Physical Review Focus에 (http://focus.aps.org) 5월 22일자로 소개되었다. Physical Review Focus는, 미국물리학회에서 출간하는 여러 학술지에 매달 게재되는 천 편 이상의 논문들 중에 과학계 전반에 특별 소개할 필요가 있다고 판단되는 논문을 한 달에 5편 내외 골라 논문의 내용과 가치를 전문가의 평과 함께 소개하는 프로그램이다.