김은성 KAIST 교수(39·사진)가 초고체의 존재를 뒷받침하는 증거를 밝혀냈다.

한국연구재단은 19일, 김 교수가 기체·액체·고체를 뛰어넘는 초고체의 실존 사실을 세계 최초로 규명했다고 밝혔다.

이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단의 리더연구자지원사업(창의연구)의 지원을 받아 수행했다. 김은성 교수(교신저자)와 최형순 박사(제1저자)가 연구를 주도하고, 일본 이화학연구소(RIKEN) 연구팀이 참여했다.

연구 결과는 세계 최고의 권위지인 ‘사이언스Science)’에 게재 승인을 받았다. 연구의 중요성을 인정받아 사이언스의 온라인 판 ‘사이언스 익스프레스(Science Express)’ 11월 19일자로 게재됐다.

김 교수는 2004년 고체 헬륨을 극저온(영하 237도)으로 냉각시키면, 고체임에도 불구하고 그 일부가 자유롭게 흐르는 독특한 물질 상태(초고체)로 존재한다는 사실을 세계 최초로 규명했다. 그러나 지난 6월 이 연구결과가 고체 헬륨의 고전적·일반적 물성 변화에서 기인한 것이라는 반론이 제기됐다. 초고체의 존재 여부가 학계의 논란거리로 떠오른 것이다.

연구재단은 “연구팀은 매우 빠른 속도로 고체 헬륨을 회전시켜 초고체 상태가 파괴되는 현상을 직접 관측함으로써 초고체가 실제로 존재한다는 사실을 밝혀냈다”고 설명했다. 초고체가 담긴 용기를 빠른 속도로 회전시켜 초고체 현상을 유지하는 데 필요한 요소를 제거하는 현상을 관측한 것이다. 반면 고전적 고체는 회전속도에 민감하게 반응하지 않는 속성이 있다.

연구재단은 “국내 연구진의 주도 아래 이뤄진 연구 결과가 세계 최고 권위지에 발표된 값진 성과”라며 “우리나라 기초 연구의 우수성을 세계에 널리 알린 점에서 의미가 크다”고 밝혔다. 사이언스와 같은 세계 최고 학술지에 국내연구팀이 주도적(단독 제1저자, 단독 교신저자)으로 논문을 발표한 사례는 드물었다. 저명한 해외 학자와의 공동연구가 대부분이었기 때문이다.

김은성 교수는 “초고체 존재 논란에 종지부를 찍었다는 점뿐만 아니라, 고체 헬륨이 실제 초고체임을 규명하여 새로운 물질의 존재를 확인함으로써 순수과학에 대한 이해의 폭을 넓혔다는 데에 의미가 있다”고 밝혔다.