미국화학회(American Chemical Society·ACS)가 발간하는 국제학술지 인오가닉 케미스트리(Inorganic Chemistry)는 2026년 5월 25일 특별호 ‘무기화학 관점에서 본 양자물질(Quantum Materials from an Inorganic Chemistry Perspective)’ 논문을 통해 양자물질(quantum materials) 연구의 최신 흐름과 무기화학(inorganic chemistry)의 역할을 집중 조명했다. 

이번 논문은 미국 플로리다주립대학교(Florida State University)의 수전 라턴너(Susan Latturner) 교수와 마이클 샤트룩(Michael Shatruk) 교수, 스페인 발렌시아대학교(Universitat de València)의 에우헤니오 코로나도(Eugenio Coronado) 교수, 미국 존스홉킨스대학교(Johns Hopkins University)의 타이렐 맥퀸(Tyrel M. McQueen) 교수가 공동 집필했다. 연구진은 양자물질이 차세대 양자컴퓨팅(quantum computing), 초고감도 센서(sensors), 에너지 저장 및 송전 기술의 핵심 플랫폼으로 부상하고 있다고 분석했다.

양자컴퓨팅과 차세대 에너지 기술 경쟁이 글로벌 과학기술 패권의 핵심 의제로 떠오르는 가운데, 무기화학이 양자물질 연구의 중심축으로 부상하고 있다는 분석이 제기되고 있다. 연구진은 양자물질을 “전자 상관효과(strong electron correlation), 스핀 얽힘(spin entanglement), 위상학적 특성(topological properties) 등 양자역학적 현상이 거시적으로 구현되는 물질군”으로 정의했다. 특히 기존 실리콘 기반 반도체 기술이 미세공정 한계에 접근하면서, 양자현상을 직접 활용하는 신물질 개발이 차세대 정보처리 기술의 핵심 과제가 되고 있다고 설명했다.

논문은 무기화학이 양자물질 연구에서 가지는 구조적 강점을 강조했다. 무기화학은 원소 조합과 결정구조(crystal structure), 배위환경(coordination environment), 산화상태(oxidation state) 등을 정밀하게 제어할 수 있어 전자적·자기적 특성을 설계 수준에서 조율할 수 있다는 설명이다. 연구진은 “주기율표 전체를 활용할 수 있다는 점이 무기화학 기반 양자물질 연구의 가장 강력한 경쟁력”이라고 평가했다.

특히 전이금속(transition metals)과 희토류 이온(lanthanides)을 활용한 분자성 양자물질(molecular quantum materials)은 양자컴퓨팅 분야에서 주목받고 있다. 연구진은 단일분자자석(single-molecule magnets)과 분자 스핀 큐비트(molecular spin qubits)가 긴 스핀 결맞음 시간(spin coherence time)을 확보할 가능성이 높다고 분석했다. 이는 양자컴퓨터의 정보 저장 안정성과 직결되는 요소다.

양자물질 연구에서 최근 주목받는 또 다른 영역은 위상 양자물질(topological quantum materials)이다. 위상 절연체(topological insulator)와 바일 반금속(Weyl semimetal) 등은 내부에서는 절연성을 유지하면서도 표면에서는 손실이 거의 없는 전자 이동이 가능하다. 연구진은 이러한 특성이 초저전력 전자소자와 양자센서 개발에 결정적 역할을 할 수 있다고 전망했다.

특별호에 포함된 개별 연구들 역시 무기화학 기반 접근의 확장 가능성을 보여준다. 일부 연구에서는 고압 합성(high-pressure synthesis)을 통해 기존에 안정화가 어려웠던 금속-금속 직접결합 구조를 구현했으며, 또 다른 연구에서는 자기장 기반 합성기법인 마그네토합성(magnetosynthesis)을 활용해 반강자성체(antiferromagnet)의 자기적 배열을 제어하는 데 성공했다.

결함공학(defect engineering)을 활용한 양자상태 제어 연구도 주목받았다. 연구진은 결정 내부의 원자 결함이 단순한 구조적 불완전성이 아니라, 양자적 특성을 조절하는 핵심 변수로 작용할 수 있다고 설명했다. 이는 향후 양자센서와 스핀트로닉스(spintronics) 소자 개발에서 중요한 기술적 기반이 될 것으로 전망된다.

이번 특별호는 양자물질 연구가 더 이상 물리학 중심의 기초연구에 머물지 않고, 화학적 합성과 재료설계 중심의 응용 연구 단계로 빠르게 이동하고 있음을 보여준다는 평가를 받고 있다. 실제로 글로벌 연구기관들은 초전도체(superconductors), 양자스핀액체(quantum spin liquids), 다강체(multiferroics) 등 차세대 양자소재 개발 경쟁에 속도를 내고 있다.

연구진은 향후 양자물질 연구가 양자컴퓨팅뿐 아니라 에너지 저장·송전, 초고감도 의료센서, 국방·우주항공 기술 등 다양한 산업으로 확장될 가능성이 크다고 전망했다. 특히 기존 실리콘 반도체 기반 기술의 물리적 한계를 극복할 새로운 플랫폼으로서 양자물질의 전략적 가치가 더욱 커질 것으로 분석했다.

다만 연구진은 양자물질 상용화까지는 여전히 해결해야 할 과제가 많다고 지적했다. 극저온 환경 유지 문제, 양자상태 안정성 확보, 대면적 합성 공정, 소재 재현성 확보 등이 대표적이다. 이에 따라 향후에는 화학·물리·재료·컴퓨터공학 간 융합 연구가 더욱 중요해질 것으로 전망된다.