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‘양자 물질의 시대가 도래했다.’
1926년 양자역학이 본격적으로 꽃피우기 시작한 이래로 다양한 미시적 세상의 입자들의 거동이 규명되었다. 특히 미시적 입자들은 집합체를 이룸으로써 무한히 다양한 물질을 구성하고 이들의 양자역학적 거동은 ‘발현 성질(emergent property)’을 이끌어낸다. 초전도성, 자성과 스핀, 강유전성, 위상물성과 강한 상호작용계 같은 기초물리학적인 현상은 물론 반도체 물성, 양자컴퓨터 및 에너지 밴드 구조를 통한 물질간 화학반응 등의 응용적 현상 등 물질 종류의 다양성만큼이나 발현 성질 또한 다양하고 비로소 양자 물질의 시대가 시작됐다고 할 수 있다.
양자 물성은 극한의 환경을 요구한다. 극저온 혹은 높은 압력에서 보이는 초전도성, 저온 및 특별한 자기장 환경을 요구하는 자성 및 양자 홀 효과 등의 양자물성들이 예이다. 강한 상호 작용 전자계를 나노 수준으로 구현하고 제어하는 것 또한 양자 물성을 발현하기 노력의 일환으로 볼 수 있고, 전이 금속 산화물 박막은 이를 제공해주는 양자 물질군이다. 펄스 레이저 증착법을 활용하여 제작한 전이금속 산화물 박막은 페로브스카이트 구조를 기반으로 한 다양한 구조 및 조성을 지니며, 팔면체 형태의 산소-전이금속 구조체가 양자물성의 단위가 된다. 전이금속으로부터 제공된 d-오비탈 전자계는 오비탈, 전하, 스핀, 격자구조 등의 자유도 등으로 제어되고 나노 수준으로 얇은 박막이 주는 변형(strain)과 같은 추가 자유도와 얽혀 인공적으로 제어되는 양자 물질계를 구현할 수 있다.
