모든 물질은 양자역학을 따른다. 단지, 그 정도의 차이가 있을 뿐이다. 예를 들어, 우리가 잘 이해하고 있는 비소화 갈륨(GaAs)과 같은 반도체의 에너지 갭은 응집물리에 주로 이용되는 양자역학의 단입자 근사법(single-particle approximation)을 이용하여 잘 설명된다. 반면, 최근 활발히 논의되고 있는 양자 과학/기술의 첨단 연구는 다체계의 높은 양자 얽힘을 이용하는데, 이는 단입자 근사법을 넘어선 다체계의 양자역학이 필요하다.

양자스핀액상을 포함한 양자자성체는 이러한 다체계 양자 얽힘 현상을 이해하기 위한 좋은 시스템으로 많은 주목을 받고 있다. 최근 사이언스지에 연속으로 발표된 양자 과학/기술 분야의 두 첨단 연구 논문들이 각각 초전도 큐빗(Science 374, 1237 (2021))과 리드버그 원자(Science 374, 1242 (2021)) 플랫폼들을 이용하여 양자스핀액상의 바닥 상태를 구현한 것들로, 양자자성체 연구의 중요성을 잘 드러내고 있다.

이러한 시기에 발맞추어, 국내에서도 2022년 1월 양자 자성체 물리 겨울학교가 열렸고, 김범준(POSTECH), 김재욱(KAERI), 손창희(UNIST), 이성빈(KAIST), 한명준(KAIST), 황규성(KIAS) 강사들이 총 18시간의 강의를 하였다. 백여 명의 대학원생 및 연구자들이 강의를 듣고 활발한 질문과 논의가 이루어졌기에, 좀 더 소개가 되면 좋은 듯한 4개의 주제에 대해 이번 ‘물리학과 첨단기술’의 특집호에 소개하였다.

우선, 양자 자성 물질의 최전선 연구에 대한 소개 후, 최근 많은 관심을 받고 있는 키타에프 양자 스핀 액체에 대한 자세한 논의를 소개한다. 그리고 양자 자성 물질 측정 방법 중 여기 상태를 측정할 수 있는 공명 비탄성 엑스선 산란과 양자 자성체 단결정 성장 방법 중 하나인 차세대 광학 부유 용융 성장법에 대해 소개한다.

이번 양자 자성체 특집에 조금 더 전통적 연구분야들인 제일원리계산 바탕의 연구와 강자성체 및 반강자성체 연구에 대한 내용을 충분히 소개하지 못한 점은 아쉬움이다. 그래도, 이번 특집을 통하여 양자 자성체가 선사하는 양자 다체계 현상의 놀라운 의미를 소개하고, 이를 통해 향후 양자 자성체 연구를 시작하는 국내 학생 및 연구자들에게 유의미한 시작점이 되길 바라며 편집후기를 마치고자 한다.

[객원 책임편집위원 KAIST 물리학과 교수 문은국 (egmoon@kaist.ac.kr)]