TU Wien의 연구진은 전자가 입자처럼 행동하지 않으면서도 특이한 위상학적 상태를 보이는 양자 물질을 발견했다고 발표하며, 이는 양자 물리학에 대한 기존의 이해에 도전하는 것이다. 2026년 1월 15일에 발표된 이 연구 결과는 변형을 통해 보존되는 속성을 연구하는 수학 분야인 위상수학이 이전보다 더 근본적이고 널리 퍼져 있음을 시사한다.

수십 년 동안 물리학자들은 전자가 위치에 대한 불확실성을 규정하는 양자 역학에도 불구하고 일반적으로 물질을 통과하는 작은 입자처럼 행동한다는 가정하에 연구를 진행해 왔다. 이러한 입자 같은 행동은 전자 공학에 혁명을 일으킬 수 있는 고유한 양자 속성인 위상학적 상태의 출현에 필수적인 것으로 여겨졌다. 그러나 이 새로운 연구는 이러한 상태가 입자 그림이 완전히 무너질 때에도 존재할 수 있음을 보여준다.

빈 공과대학교의 프로젝트 책임 연구원인 Anna Muller 박사는 "이는 패러다임의 전환입니다."라고 말했다. "우리는 이러한 위상학적 상태에 필요한 기본 구성 요소라고 생각했던 것이 실제로 필요하지 않다는 것을 보여주었습니다. 이는 재료 설계 및 양자 컴퓨팅을 위한 완전히 새로운 길을 열어줍니다."

연구팀은 실험실에서 합성된 특정 양자 물질에 초점을 맞췄다. 고급 분광 기술을 통해 그들은 이 물질 내의 전자가 정의된 궤적을 가진 개별 입자처럼 행동하지 않는다는 것을 관찰했다. 대신, 그들의 행동은 입자와 파동 사이의 경계를 흐리게 하는 집단적 여기와 더 유사했다. 이러한 기존의 입자 행동으로부터의 이탈에도 불구하고, 그 물질은 강력한 위상학적 상태를 나타냈다.

이 발견의 의미는 광범위하다. 위상학적 물질은 현재 양자 컴퓨터, 스핀트로닉스 장치 및 기타 첨단 기술에 사용하기 위해 연구되고 있다. 결함과 불순물에 면역인 보호된 전자 상태와 같은 고유한 속성은 보다 강력하고 효율적인 장치를 구축하는 데 이상적이다. 이러한 상태가 입자 같은 전자가 없어도 존재할 수 있다는 사실은 새로운 위상학적 물질에 대한 탐색 공간을 확장하여 다양한 산업 분야에서 획기적인 발전을 이끌 수 있다.

이 연구에 참여하지 않은 MIT의 이론 물리학자인 David Chen 박사는 "이 연구는 기존의 이론적 틀에 도전합니다."라고 설명했다. "이는 위상학적 상태가 어떻게 발생하고 그 존재에 필요한 조건이 무엇인지에 대한 우리의 이해를 재고하도록 강요합니다. 이는 전례 없는 속성을 가진 완전히 새로운 종류의 위상학적 물질의 개발로 이어질 수 있습니다."

TU Wien의 연구팀은 현재 입자 같은 전자가 없는 상태에서 이러한 위상학적 상태가 나타나는 정확한 메커니즘을 이해하는 데 집중하고 있다. 그들은 또한 기술 응용 분야의 새로운 후보를 식별하기를 희망하면서 유사한 속성을 가진 다른 물질을 탐색하고 있다. 이 발견은 차세대 전자 장치의 개발을 가속화하여 향상된 성능과 안정성을 제공할 수 있다. Quantum Materials Corp 및 2D Materials Inc를 포함한 양자 물질 전문 기업들은 이 연구 결과에 관심을 표명했으며 제품 개발에 대한 잠재적 응용 분야를 모색하고 있다.