오사카 대학의 고시노 간인 교수들의 연구 그룹은 2장의 그래핀을 30도 각도로 쌓은 박막을 합성함으로써 디락 전자에 의한 준결정을 실현하는데 세계 최초로 성공했다.연구그룹에는 성균관대학, 뉴욕대학 상하이, 하버드대학, 한국고등과학원 연구자들이 참여하고 있다.
고체에는 원자가 주기적으로 규칙적으로 늘어선 '결정'과 무질서하게 늘어선 '비정질(비정질)'이라는 두 가지 형태가 있다.그런데, 2년에 그 어느 것도 아닌 「준결정」이라고 불리는 형태가 발견되었다.준결정에는 결정과 같은 주기성은 없지만, 비정질과 달리 일정한 규칙성이 존재한다.
지금까지 알려진 준결정은 복잡한 합금이었지만, 이번 연구에서 실현한 준결정의 재료는 탄소뿐이다.탄소의 2차원 물질(두께가 원자 1개분의 박막)인 그래핀은 탄소 원자가 벌집 격자에 늘어선 결정.이번 특별한 합성 방법에 의해, 그래핀 2장이 서로 30도로 겹친 계를 생성하는 것으로, 12회 대칭을 가지는 준결정을 실현했다. 12회 대칭이란 360도 회전시키는 동안 같은 그림이 12회 나타나는 구조를 말한다.그래핀의 전자는 상대 론적 디락 입자라고 불리는 질량이 없는 특수 입자로서 작용한다.이번 연구에서 디락 입자에 의한 준결정이라는 새로운 물리계를 실현했다.
준결정은 그 특이한 기하학적 구조로부터 전기적 성질이나 열적 성질 등의 물리적 특성이 주목된다.지금까지의 연구에서는, 준결정은 동일한 원소 조성을 갖는 결정에 비해 전기 저항이 비정상적으로 높은 것, 또 마찰이 적은 것이 알려져 있지만, 물성에 관하여 불명한 점은 아직 많다.이번 발견에 의해, 준결정의 범위가 크게 퍼져, 보통의 물질에는 없는 새로운 성질의 발견이 기대된다.
논문 정보:【Science】Dirac electrons in a dodecagonal graphene quasicrystal
