理化學硏究所, 과학기술진흥기구(JST)의 공동 연구팀은 절연체에서 고온초전도체로 변화하는 과정에서 중요한 역할을 하는 전자분포를 처음으로 관찰하고, 체스판과 같은 격자무늬의 전자질서를 취하고 있다는 것을 알았다. 고온초전도의 담당자인 전자가 들어있는 구리산화물 2차원 면을 주사형 터널전자분광(STS)로 관찰했다. 고온초전도의 열쇠를 쥔 의(擬)캡상(相)의 전자의 모습을 직접 본 것이 되어 기구해명과 직결된 성과로 주목된다. 이 연구는 理硏의 花栗 선임연구원, 高木英典 주임연구원 겸 東京대학 교수 등과 미국 코넬대학이 고품질의 칼슘 구리 옥시클로라이드를 주사형 터널 현미경(STM)에 의한 STS로 관찰했다. 이 단결정은 京都대학의 高野幹夫 교수 등이 초고압 합성했다. 이론해석에는 미국 캘리포니아대학 버클리교도 참여했다. 옥시클로라이드에 주목한 것은 고온초전도체에서 유일하게 운모처럼 벗겨지는 벽개성(劈開性)을 가지며, 불순물 첨가로 의캡으로 조정할 수 있는 재료이기 때문이다. 의캡은 초전도를 발현하는 과정에서 절연체, 초전도체, 상전도체 가운데 그 어느 것도 아닌 수수께끼 상태이다. 이 제4의 상(相)을 해명하는 것이 고온초전도 기구 해명으로 이어져, 전 세계적으로 연구되어 왔다. 이번에 원자 레벨에서 평평한 옥시클로라이드 구리산화물의 2차원 면을 STM과 STS로 관찰, 특정한 운동에너지를 가진 전자밀도의 극저온 분포를 계측. 이에 기초하여 원자 스케일의 분해능으로 구리산화물 면의 전자상태 밀도의 ‘지도’를 작성한 결과, 원자의 결정(結晶) 격자의 4배에 이르는 주기를 가진 체스판 모양의 전자상태 밀도의 변조를 발견했다. 결정격자와는 다른 독자의 주기를 가진 전자결정의 존재가 밝혀졌다. 연구팀에 따르면 이 성과가 수면 아래에서 연구자들 사이로 전해져 이 전자결정의 모델에 대해서 다수 제안이 모아지고 있다고 한다. (NK)