아주대 공동 연구팀, '열전소자' 양자기하학적 원리 새롭게 규명

국진이 열전소자의 효율을 결정하는 파워 팩터에 대한 새로운 양자기하학적 원리를 규명해냈다. 이는 친환경, 고효율 에너지 하베스팅 핵심 기술로 활용될 전망이다.

4일 아주대는 임준원 아주대 교수팀이 열전소자의 효율을 나타내는 파워 팩터가 고체 블로흐파의 양자 기하학적 특성에 의해 조절됨을 최초로 규명해냈다고 밝혔다.

이는 '힐버트-슈미트 거리에 의해 구동되는 열전 수송(Thermoelectric transport driven by the Hilbert-Schmidt distance)'이라는 논문으로 글로벌 다학제 SCI 저널인 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)' 11월호에 게제됐다.

연구에는 임준원 아주대 물리학과 교수를 포함, 김건우 중앙대 물리학과 교수, 오창근 일본 도쿄대학교 박사과정 학생이 참여했다.

아주대 공동 연구팀은 열전 효율을 결정하는 파워 팩터(power factor)에 주목, 파워 팩터가 고체 블로흐파의 양자 기하학적 특성인 양자 거리(quantum distance)에 크게 의존함을 규명해냈다.

특히 고체의 띠 구조가 페르미 준위 근방에서 교차점을 형성할 경우 교차점 근방의 양자 거리의 최대값이 파워 팩터를 결정하며, 이 최대 양자 거리의 값을 증가시키면 파워 팩터가 최대 두 배까지 향상될 수 있음을 증명했다.

임준원 아주대 교수는 "이번 연구를 통해 기존 연구들과 본질적으로 다른 열전 효율 향상 방법론을 제시한 셈"이라며 "앞으로 후속 연구를 통해 양자 거리 조절에 기반을 둔 신개념의 열전 신소재 개발에 적용될 수 있을 것"이라고 전했다.

김건우 중앙대 교수는 "학계에서 친숙하게 접해온 수송현상 속에서 양자물질의 기하학적 정보가 존재함을 발견했다"며 "앞으로 웨어러블 기기의 냉각 및 발전 소자와 같이 실생활에 도움이 되는 응집물리 이론 연구와 실험 연구의 협업을 기대한"고 덧붙였다.

한편 이번 연구는 선도연구센터지원사업, 중견연구자지원사업과 대학기초연구소사업(G-램프) 사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

[ 경기신문 = 박민정 기자 ]