자연계에서 물질은 ‘입자’의 형태로 관측된다. 하지만 물리학적으로 물질은 입자성과 파동성이라는 상반되는 동시에 상호보완적인 성질을 보이며, 입자성이나 파동성의 발현 여부는 물리학의 ‘상보성(相補性)’ 원리에 의해 결정된다.
우리대학 물리학과 이후종 교수와 부산대 물리학과 정윤철 교수가 이끄는 공동연구팀은 이 ‘상보성’에 대한 원인을 규명하는 데 성공, 네이처 자매지인 ‘네이처 피직스(Nature Physics)’ 3일자 온라인판을 통해 그 연구결과를 발표했다.

연구팀은 반도체 나노소자제작 공정을 이용해 환형(環形) 구조의 전자간섭계(Electron Interferometer : 동일한 전자원에서 나오는 전자의 파동을 두 갈래로 나누어 위상 차이가 생기도록 한 후 갈라진 전자파동이 다시 만났을 때 일어나는 간섭현상을 관측하는 장치)를 제작해 이 구조를 통과하는 전자의 간섭현상(두 개의 파동이 한 점에서 만나 서로 합해지거나 상쇄됨으로써 파동의 진폭이 강화되거나 약화되는 현상)을 관측했다.

연구팀은 이 실험을 통해 전자가 파동성과 입자성 중 어느 특성을 나타낼지 여부는 ‘간섭계 내부의 전자경로 정보를 얻을 수 있는지의 여부에 달려 있다’는 사실을 밝혀냈다.
이 연구는 물리학계에서 ‘물질의 입자성 혹은 파동성 발현의 원인’에 대해 그간 있어왔던 논란을 종식시킬 수 있는 탁월한 성과이다. 아울러 전남대 강기천 교수가 이론을 제안하고 이후종-정윤철 교수가 연구책임을 맡아, 모든 과정이 국내 연구진에 의해 주도적으로 이루어졌다는 데도 의미가 있다.
연구팀은 “이번 연구성과는 국내 기초과학연구의 위상을 한층 드높이는데 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 파동 특성을 가지는 양자상태 유지에 필요한 조건을 명확하게 제시함으로써 최근 많은 관심을 모으고 있는 양자컴퓨터 연구 등의 응용 분야에 유용하게 활용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.