국제 연구팀, 신기술 가능성을 지닌 물질에서 비정상적인 전기적 거동 발견

물리학자들은 정상적인 전기 규칙을 벗어나 작동하는 “이상한 금속”의 기괴한 행동에 대해 더 많이 배우고 있습니다.

신시내티 대학의 조교수인 이론 물리학자 야샤르 코미자니는 희토류 금속인 이테르븀 합금으로 만든 이상한 금속을 사용한 국제 실험에 기여했습니다. 일본 효고에 있는 연구실의 물리학자들은 특이한 전기적 거동을 관찰하기 위해 이상한 금속에 방사성 감마선을 발사했습니다.

Hyogo 대학 및 RIKEN과 함께 Hisao Kobayashi가 이끄는 연구는 저널에 게재되었습니다. 과학. 실험은 이상한 금속의 전하에서 비정상적인 변동을 보여주었습니다.

“아이디어는 금속에서 이온 격자를 배경으로 움직이는 전자의 바다가 있다는 것입니다.”라고 Komijani는 말했습니다. “그러나 양자 역학에서 놀라운 일이 발생합니다. 이온 격자의 복잡성을 잊을 수 있습니다. 대신 마치 진공 상태에 있는 것처럼 행동합니다.”

Komijani는 수년 동안 양자 역학과 관련하여 이상한 금속의 신비를 탐구해 왔습니다.

그는 “블랙박스에 무언가를 넣을 수 있고 저항, 열용량, 전도도 등을 측정하는 것만으로 블랙박스를 보지 않고도 그 안에 무엇이 있는지 많은 것을 알 수 있다”고 말했다.

“하지만 이상한 금속에 관해서는 왜 그들이 행동을 보이는지 모르겠습니다. 수수께끼는 이 이상한 시스템 내부에서 무슨 일이 일어나고 있는지입니다. 그것이 질문입니다.”

이상한 금속은 입자 물리학에서 양자 역학에 이르기까지 모든 것을 연구하는 광범위한 물리학자들의 관심 대상입니다. 한 가지 이유는 최소한 극도로 낮은 온도에서 이상하게도 높은 전도성으로 인해 양자 컴퓨팅을 위한 초전도체로서의 가능성을 제공하기 때문입니다.

Rutgers University의 저명한 교수인 연구 공동 저자인 Piers Coleman은 “이 새로운 결과에 대해 정말 흥미로운 점은 이상한 금속의 내부 기계에 대한 새로운 통찰력을 제공한다는 것입니다.”라고 말했습니다.

“이러한 금속은 새로운 형태의 전자 물질, 특히 이국적이고 고온의 초전도성을 위한 캔버스를 제공합니다.”라고 그는 말했습니다.

Coleman은 이상한 금속이 어떤 새로운 기술에 영감을 줄 수 있는지 추측하기에는 너무 이르다고 말했습니다.

“Michael Faraday가 전자기를 발견한 후 William Gladstone 영국 총리가 그것이 무엇에 좋은지 물었습니다.”라고 Coleman은 말했습니다. “패러데이는 자신은 모르지만 언젠가는 정부가 세금을 부과할 것이라고 확신한다고 대답했습니다.”

패러데이의 발견은 혁신의 세계를 열었습니다.

“우리는 이상한 금속에 대해 약간 같은 느낌을 받았습니다.”라고 Coleman은 말했습니다. “금속은 오늘날 중심적인 역할을 합니다. 전형적인 재래식 금속인 구리는 우리 주변의 모든 장치, 모든 전력선에 있습니다.”

Coleman은 언젠가 이상한 금속이 우리 기술에서 유비쿼터스할 수 있을 것이라고 말했습니다.

일본 실험은 연구원들이 싱크로트론이라는 입자 가속기를 사용하여 감마 입자를 생성한 방식 때문에 부분적으로 획기적이었습니다.

“일본에서는 CERN에서와 같이 싱크로트론을 사용합니다. [the European Organization for Nuclear Research] 양성자를 가속시켜 벽에 부수고 감마선을 방출합니다.”라고 Komijani는 말했습니다. “그래서 그들은 방사성 물질을 사용하지 않고 주문형 감마선 소스를 가지고 있습니다.”

연구원들은 감마선이 이상한 금속에 미치는 영향을 연구하기 위해 분광법을 사용했습니다.

연구원들은 또한 나노초(10억분의 1초)에 불과한 금속의 전하 변동 속도를 조사했습니다. Komijani는 그것이 엄청나게 빠른 것처럼 보일 수 있다고 말했습니다.

“그러나 양자 세계에서 나노초는 영원입니다.”라고 그는 말했습니다. “오랫동안 우리는 이러한 변동이 실제로 왜 그렇게 느린지 궁금해했습니다. 우리는 협력자들과 함께 격자의 진동이 있을 수 있다는 이론을 내놓았고 실제로 그랬습니다.”

이 연구는 National Science Foundation과 Department of Energy에서 부분적으로 자금을 지원 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230313084546.htm