자성 반데르발스 물질은 전통적인 강상관 물질에서 보이는 자성을 가지는 겨살창 구조의 물질로서, 박리를 통해 2차원 자성을 직접 연구할 수 있는 핵심 물질군이다. 단층 박리가 처음 성공하여 보고된 해가 2015년이니 이 연구 분야가 본격적으로 태동한 지 올해로 10년이 되었다. 최초로 흑연에서 그래핀의 박리가 성공한 해가 2004년임을 고려하면, 2차원 물질 연구사에서 약 10년 정도 늦게 시작된 셈이다.

이는 초창기 2차원 물질 연구가 대부분 그래핀이나 전하 밀도파 물질에 집중되어 있었던 탓도 있겠지만, 원자 수준의 두께에서 자성을 측정해야 하는 기술적 한계가 컸기 때문이기도 하다. 하지만 박리 기술과 광학적 측정법이 발전하면서 원자 수준의 얇은 층 구조에서도 자성을 측정할 수 있게 되면서, 이에 따라 여러 성과가 보고되고 있다. 특히 이들이 가진 고유한 전자적, 자기적, 광학적 특성 덕분에 차세대 양자 물질 및 광전자공학, 스핀트로닉스 분야의 강력한 후보 물질로 대두되고 있다. 이론적인 측면에서도 자성 반데르발스 물질 연구는 큰 도전을 준다. 반데르발스 상관효과와 같은 2차원에서의 장거리 전자 상관효과를 효과적으로 고려하는 동시에 전통적인 자성물질에서 보여주는 복잡한 한곳 전자 상관효과를 함께 다루어야 하기 때문이다.

자성 반데르발스 물질의 선구적 연구는 국내 연구진에 의해 시작되었다. 본 특집호에서는 이 분야에서 선구적 역할을 수행한 국내 연구자들이 연구 태동기에 어떠한 동기를 가지고 연구에 임했는지, 그리고 당시의 복잡한 난제들을 어떻게 해결했는지 등 연구의 기원과 배경을 먼저 짚어보고자 했다. 이어 전통적인 자성 측정법으로는 접근하기 어려운 수 층 두께의 반데르발스 물질 연구를 가능하게 한 광학적 방법론의 전반적인 소개와 대표적인 성과를 정리했다. 이론 분야에서도 전자구조 계산법에서 다체 양자 계산에 이르기까지 반데르발스 연구에 활용되는 다양한 이론 및 계산 방법의 핵심 사항들을 조망하고자 했으며, 마지막으로 반데르발스 물질을 직접 이용한 스핀트로닉스 소자의 구현 원리와 주요 연구 성과를 조명했다.

자성 반데르발스 연구는 현재 활발히 이루어지고 있으며 비약적 발전을 거듭하고 있다. 새로운 박리법, 이종접합 구조, 변형 및 뒤틀림 등의 재료공학 기술의 발전이 가속화되고 있고, 자기 구조에 기인하는 위상학적 특성은 차세대 스핀트로닉스 소자의 가능성을 한층 넓히고 있다. 이 분야에 도전하고자 하는 국내의 많은 연구자들에게 본 특집호가 유익한 길잡이가 되기를 바란다. 연구자의 끊임없는 도전과 성과를 통해 자성 반데르발스 연구의 미래가 더욱 밝기를 희망하며 글을 맺는다.

[객원 책임편집위원 서울대학교 물리천문학부 연구교수 김범현 (bomisu@snu.ac.kr)]