국제 연구팀 - 포함 헬름홀츠-젠트 럼 드레스덴-로센 도르프 (HZDR)- 이런 식으로 설명할 수 있는 양자 상태를 발견했습니다. 과학자들은 특수 물질을 절대 영도에 가까운 온도로 냉각시키는 데 성공했습니다. 그들은 원자의 중심 특성인 정렬이 평소처럼 "얼지" 않고 "액체" 상태로 유지된다는 사실을 발견했습니다.
이내 양자 재료, 전자는 서로 및 결정 격자의 원자와 비정상적인 강도로 상호 작용합니다. 이러한 긴밀한 연결은 미시적 및 거시적 수준에 영향을 미치는 강력한 양자 효과를 생성합니다. 이러한 현상은 양자 물질에 특별한 특성을 부여합니다. 예를 들어, 저온에서는 손실 없이 전기를 전달할 수 있습니다. 온도, 압력 또는 전기 전압의 작은 변화만으로도 재료의 거동이 크게 변경되는 경우가 많습니다.
HZDR 드레스덴 고자장 자기 연구소(HLD)의 Jochen Wosnitza 교수는 다음과 같이 말했습니다. “원칙적으로 자석은 양자 물질로도 간주될 수 있습니다. 결국 자성은 물질 내 전자의 고유 스핀에 기초합니다. 어떤 면에서 이러한 스핀은 액체처럼 행동할 수 있습니다.”
“온도가 떨어지면 물이 얼어서 얼음이 되는 것처럼 이러한 무질서한 회전이 얼어붙을 수 있습니다.”
“예를 들어, 특정 종류의 자석, 소위 강자성체는 "동결", 더 정확하게는 주문 지점 이상에서는 비자성입니다. 그 아래로 떨어질 때만 영구 자석이 될 수 있습니다.”
이 연구에서 과학자들은 극저온에서도 스핀과 관련된 원자 정렬이 순서가 없는 양자 상태를 발견하려고 했습니다. 이는 극저온에서도 응고되지 않는 액체와 유사합니다.
이 상태에 도달하기 위해 연구팀은 프라세오디뮴, 지르코늄 및 산소의 혼합물인 독특한 물질을 사용했습니다. 그들은 이 물질의 결정 격자의 특성으로 인해 전자 스핀이 원자 주위의 궤도와 고유하게 상호 작용할 수 있다고 믿었습니다.
도쿄대학교 나카쓰지 사토루 교수는 이렇게 말했습니다. “그러나 전제 조건은 극도의 순도와 품질을 갖춘 결정체를 보유하는 것이었습니다. 여러 번의 시도가 필요했지만 결국 팀은 실험에 사용할 수 있을 만큼 순수한 결정을 생산할 수 있었습니다. 일종의 슈퍼 보온병인 저온 유지 장치에서 전문가들은 샘플을 점차적으로 20밀리켈빈(XNUMX도의 XNUMX/XNUMX도)까지 냉각했습니다. 절대 영도 이상. 샘플이 이 냉각 과정과 내부에서 어떻게 반응하는지 확인하려면 자기장, 그들은 길이가 얼마나 변했는지 측정했습니다. 또 다른 실험에서 그룹은 크리스탈을 통해 직접 전달되는 초음파에 크리스탈이 어떻게 반응하는지 기록했습니다."
HLD의 초음파 조사 전문가인 Sergei Zherlitsyn 박사는 다음과 같이 설명합니다. “회전이 지시되었다면 길이의 급격한 변화와 같이 결정의 거동에 급격한 변화가 발생했을 것입니다. 그러나 우리가 관찰한 바와 같이 아무 일도 일어나지 않았습니다! 길이나 반응에 급격한 변화는 없었습니다. 초음파. "
“스핀과 오비탈의 뚜렷한 상호 작용으로 인해 질서가 형성되지 않았으며, 이것이 바로 원자가 액체 양자 상태로 남아 있는 이유입니다. 이러한 양자 상태는 처음으로 관찰되었습니다. 자기장에 대한 추가 조사를 통해 이러한 가정이 확인되었습니다.”
요헨 워즈니차 추측하다, “이 기본 연구 결과는 언젠가 실용적인 의미를 가질 수도 있습니다. 어느 시점에서 우리는 새로운 양자 상태를 사용하여 민감한 양자 센서를 개발할 수 있을 것입니다. 그러나 이를 위해서는 이 상태에서 여기를 체계적으로 생성하는 방법을 알아내야 합니다. 양자 센싱은 미래 유망 기술로 꼽힌다. 양자 특성으로 인해 외부 자극에 매우 민감하기 때문에 양자 센서는 기존 센서보다 훨씬 더 정확하게 자기장이나 온도를 등록할 수 있습니다.”
저널 참조 :
- Tang, N., Gritsenko, Y., Kimura, K. et al. 파이로클로어 격자의 스핀-궤도 액체 상태 및 액체-가스 메타자기 전이. Nat. 피에스. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01816-4
