TU Wien의 연구진은 전자가 입자처럼 행동하는 것을 멈추지만 여전히 특이한 위상 상태를 보이는 양자 물질을 발견했다고 발표했으며, 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 양자 역학이 위치의 불확실성을 규정함에도 불구하고 물질을 통과하는 입자처럼 행동한다고 가정해 왔다. 이러한 입자 같은 행동은 첨단 전자 제품에 잠재적인 응용 분야가 있는 고유한 양자 속성인 위상 상태의 출현에 필수적인 것으로 여겨졌다. 그러나 이 새로운 연구는 이러한 상태가 입자 그림이 완전히 무너질 때에도 존재할 수 있음을 보여준다.

TU Wien의 수석 연구원인 울리히 호헨에스터 교수는 "이것은 패러다임의 전환입니다."라고 말했다. "우리는 이러한 위상 상태를 지배하는 기본 원리가 우리가 처음에 믿었던 것보다 훨씬 더 강력하다는 것을 보여주었습니다. 입자 개념은 결정적인 요소가 아닙니다."

연구팀은 실험실에서 합성된 새로운 물질에 집중했으며, 정확한 구성은 독점적으로 유지된다. 고급 분광 기술과 이론적 모델링의 조합을 통해 그들은 물질 내의 전자가 개별 입자보다 비편재화된 파동처럼 행동하는 것을 관찰했다. 그럼에도 불구하고, 그 물질은 독특한 전기 전도도 특성을 통해 감지할 수 있는 위상 상태의 명확한 특징을 나타냈다.

이 발견의 의미는 새로운 양자 물질 및 장치의 개발에 중요할 수 있다. 위상 물질은 현재 스핀트로닉스, 양자 컴퓨팅 및 고효율 에너지 변환 분야에서 응용 분야를 모색하고 있다. 이러한 상태가 입자 같은 전자 행동을 요구하지 않고도 존재할 수 있다는 사실은 완전히 새로운 기능을 가진 물질을 설계할 수 있는 가능성을 열어준다.

이 연구에 참여한 박사후 연구원인 마리아 로드리게스 박사는 "이번 발견은 우리가 위상 응용 분야에 대해 고려할 수 있는 물질의 범위를 넓혀줍니다."라고 설명했다. "이를 통해 이전에는 부적합하다고 여겨졌던 더 강력한 전자 상관 관계와 더 복잡한 양자 상호 작용을 가진 물질을 탐색할 수 있습니다."

연구팀은 현재 이 새로운 물질의 특성을 추가로 특성화하고 유사한 현상이 발생할 수 있는 다른 시스템을 탐색하는 데 집중하고 있다. 그들은 또한 입자 같은 전자가 없는 상태에서 위상 상태의 출현을 완전히 설명할 수 있는 이론적 프레임워크를 개발하기 위해 노력하고 있다. 연구팀은 이 연구가 향상된 위상 특성을 가진 새로운 물질의 설계로 이어져 다양한 기술 분야에 혁명을 일으킬 수 있을 것으로 예상한다.