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기체ㆍ액체ㆍ고체를 뛰어넘는 새로운 물질상태인 `초고체(supersolid) 현상'을 세계 최초로 발견, 이 연구분야를 개척해온 KAIST 김은성 교수가 초고체에 대한 논란을 해소하는 증거를 밝혀내 세계적인 학술지인 사이언스지에 발표했다.

 

이 연구는 KAIST 김은성 교수와 최형순 박사가 교육과학기술부 리더연구자지원사업(창의연구) 지원을 받아 수행했으며, 일본 이화학연구소(RIKEN) 연구팀이참여했다. 연구결과는 사이언스에 게재 승인을 받고, 특히 중요성을 인정받아 사이언스 온라인판인 `사이언스 익스프레스' 19일자에 게재됐다.김은성 교수는 2004년 고체 헬륨을 극저온(영하 273℃)으로 냉각시키면, 고체임에도 불구하고 그 일부가 별다른 저항 없이 자유롭게 흐르는 독특한 물질상태인 초고체로 존재한다는 사실을 세계 최초로 규명했다. 그러나 김 교수가 관측한 현상이 초고체 현상이 아니라 온도에 따른 고체 헬륨의 물성 변화때문이라는  주장이 최근 제기돼 초고체의 존재를 둘러싼 학계의 관심이 크게 높아졌다.

 

김 교수팀은 매우 빠른 속도로 고체 헬륨을 회전시켜 초고체 상태가 파괴되는 현상을 직접 관측함으로써 초고체가 실제로 존재한다는 사실을 밝혀냈다.

 

초고체가 담겨 있는 용기를 회전시킬 때 초고체는 별다른 저항을 받지 않고 자유롭게 흐르기 때문에 용기를 따라 돌지 않는다. 그러나 매우 빠른 속도로 용기를 회전시키면, 초고체 내부에 양자 소용돌이가 발생하고, 이것은 초고체 현상을 파괴할 것으로 예측됐다. 이에 반해 고전적 고체는 회전속도에 민감 하게 반응하지 않는다. 연구팀은 초고체에 대한 창의적인 아이디어와 일본 연구소팀이 보유한 첨단 회전식 희석냉각장치를 이용해 파괴현상을 관측했다.

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