자기 양자 임계점이 존재한다는 최초의 직접적인 증거

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2010-01-09

최근 새롭게 발견된 철-기반 초전도체에 대한 새로운 실험으로 이들의 전자들이 저항없이 전기를 전송하는 능력에 대한 이해도가 높아졌다. 이 능력이 이들 전자의 자기성과 직접적으로 연관성이 있음이 밝혀진 것이다. 이 실험결과는 1월 8일자 물리학 리뷰 레터스 지에 발표되었다. 이번 연구를 통해 미국 및 중국의 과학자들은 고온 초전도체의 기본적인 성질에 대한 이해를 높힐 수 있었다고 미국 라이스대의 Qimiao Si 공저자는 설명했다. (고온초전도체에 대한 이해도가 높아질 경우 전기 발생기, 자기공명영상장치 스캐너, 고속 열차 등은 혁명을 맞게 된다.) 미국 라이스대, 테네시대, 오크 리지 국립 연구소, 미국 국립 표준기술원 등은 중국 학술원과 함께 몇가지 철-비소 계열 화합물들을 가지고 실험했다. 이들은 철 `닉타이드 (pnictides)`의 부모격으로서 2008년에 고온초전도체에서 발견된 물질들이다. 이 실험들은 Si 저자등이 작년 3월에 미국 국립 학술원 회보지 (Proceedings of the National Academy of Sciences) 에 발표한 이론적인 예측을 시험해 보기 위해 마련되었다. 이들은 당시 부모 화합물들의 몇가지 원자들의 크기를 조절함으로서 물리학자들이 물질의 양자적 파동을 튜닝할 수 있다고 예측했었다. 이들 파동 형태들은 자기적 `양자적 임계점 (quantum critical points)`이라는 지점을 만들게 된다. 이 지점은 물질이 하나의 양자계에서 다른 곳으로 이동하는 끝부분에 물질이 위치할 때 생긴다. (임계성 (criticality) 은 물질이 하나의 상에서 다른 상으로 넘어가는 경계점 근처에서 일어난다. 온도 변화로 인해 얼음이 물로 녹는 상변화를 포함해서 말이다. 하지만 양자 임계성과 양자 상변화는 양자 변동 (quantum fluctuation) 에 의해서만 일어난다.) 미국 표준기술원 등의 중성자-산란 실험시설들을 이용해 연구팀은 물질들에 중성자를 대량충돌시켰다. 이들의 구조적 자기적 성질을 알아보기 위해서이다. 이 실험은 Si 가 기존에 이론적으로 예측했던 것을 토대로 물질의 자기장세기가 비소에서 비소보다 약간 더 작은 인 원자로 대체될때 줄어든다는 점을 확인했다. "우리는 자기 양자 임계점이 이들 물질에 존재한다는 최초의 직접적인 증거를 발견했다." 라고 Si 는 설명했다. 이번 연구성과는 또한 중국 학술원의 Nanlin Wang 의 노력에 힘입은 바 크다. (Wang 그룹은 비소를 대체하는 다양한 양의 인을 가진 시료들을 만들었다.) Si 저자는 "이번 연구를 통해 얻어진 실험적 증거들은 철 닉타이드안의 고온초전도체가 전자적 자기장에서 유래했다고 보는 가설을 확인했다. 이는 이온 진동에 의해 생기는 기존의 저온 초전도성과는 반대되는 것이다."라고 말했다. 출처 : http://www.nanowerk.com/news/newsid=14273.php