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Jan 12, 2024

과학자들이 '이상한 금속'의 특성을 설명하는 메커니즘을 확인했습니다.

2023년 8월 17일 이 기사는 Science X의 편집 과정 및 정책에 따라 검토되었습니다. 편집자들은 콘텐츠의 신뢰성을 보장하면서 다음 특성을 강조했습니다.

2023년 8월 17일

이 기사는 Science X의 편집 과정 및 정책에 따라 검토되었습니다. 편집자들은 콘텐츠의 신뢰성을 보장하면서 다음 특성을 강조했습니다.

사실 확인된

동료심사를 거친 출판물

교정하다

사이먼스 재단

거의 40년 동안 '이상한 금속'이라고 불리는 물질은 전기의 일반적인 법칙을 벗어나 작동함으로써 설명을 거부하면서 양자 물리학자들을 당황하게 만들었습니다.

이제 뉴욕시에 있는 Flatiron Institute 산하 전산양자물리학센터(CCQ)의 Aavishkar Patel이 주도한 연구에서 마침내 이상한 금속의 특성을 설명하는 메커니즘이 확인되었습니다.

사이언스(Science) 8월 18일자에서 파텔(Patel)과 그의 동료들은 이상한 금속이 왜 그렇게 이상한지에 대한 보편적인 이론, 즉 응집 물질 물리학에서 해결되지 않은 가장 큰 문제 중 하나에 대한 해결책을 제시했습니다.

이상한 금속 거동은 작은 변화로 초전도체(충분히 낮은 온도에서 저항이 0인 전자가 흐르는 물질)가 될 수 있는 물질을 포함하여 많은 양자 물질에서 발견됩니다. 이러한 관계는 이상한 금속을 이해하는 것이 연구자들이 새로운 종류의 초전도성을 식별하는 데 도움이 될 수 있음을 시사합니다.

놀랍도록 단순한 새로운 이론은 전기 저항률(전자가 전류로 물질을 얼마나 쉽게 흐를 수 있는지를 측정하는 척도)의 변화가 극도로 낮은 온도에서도 온도에 정비례하는 이유와 같은 이상한 금속에 대한 많은 이상한 점을 설명합니다. 이러한 관계는 동일한 온도에서 이상한 금속이 금이나 구리와 같은 일반 금속보다 전자의 흐름에 더 저항한다는 것을 의미합니다.

새로운 이론은 이상한 금속의 두 가지 특성의 조합에 기초합니다. 첫째, 그들의 전자는 양자역학적으로 서로 얽혀 운명을 묶을 수 있으며, 멀리 떨어져 있어도 얽힌 상태를 유지합니다. 둘째, 이상한 금속은 불균일하고 패치워크 같은 원자 배열을 가지고 있습니다.

CCQ에서 Flatiron 연구원으로 일하는 Patel은 두 가지 특성만으로는 이상한 금속의 기이함을 설명하지 못하지만 종합적으로 설명하면 "모든 것이 제자리에 있게 됩니다"라고 말합니다.

이상한 금속의 원자 배치가 불규칙하다는 것은 전자 얽힘이 물질의 어디에서 얽힘이 발생했는지에 따라 달라진다는 것을 의미합니다. 이러한 다양성은 전자가 물질을 통과하여 이동하고 서로 상호 작용할 때 전자의 운동량에 무작위성을 추가합니다. 모두 함께 흐르는 대신 전자는 모든 방향으로 서로 부딪혀 전기 저항을 발생시킵니다. 물질이 뜨거워질수록 전자가 더 자주 충돌하기 때문에 전기 저항은 온도와 함께 증가합니다.

"이러한 얽힘과 불균일성의 상호 작용은 새로운 효과입니다. 이전에는 어떤 물질에서도 고려된 적이 없었습니다."라고 Patel은 말합니다. "돌이켜보면 아주 간단한 일입니다. 오랫동안 사람들은 이상한 금속에 관한 모든 이야기를 불필요하게 복잡하게 만들어 왔고 그것은 옳은 일이 아니었습니다."

Patel은 이상한 금속에 대한 더 나은 이해가 물리학자들이 양자 컴퓨터와 같은 응용 분야를 위한 새로운 초전도체를 개발하고 미세 조정하는 데 도움이 될 수 있다고 말합니다.

"어떤 것이 초전도화를 원하지만 그렇게 되지 않는 경우가 있습니다. 초전도성은 다른 경쟁 상태에 의해 차단되기 때문입니다."라고 그는 말합니다. "그러면 이러한 불균일성의 존재가 초전도성과 경쟁하는 다른 상태를 파괴하고 초전도성을 위한 길을 열어줄 수 있는지 물어볼 수 있습니다."

이제 이상한 금속이 조금 덜 이상해졌으므로 그 이름이 예전보다 덜 어울리는 것처럼 보일 수도 있습니다. "나는 이 시점에서 그것들을 이상한 금속이 아니라 특이한 금속이라고 부르고 싶습니다"라고 Patel은 말했습니다.