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Dec 03, 2023

양자 미스터리 벗겨내기: 새로운 도구로 전자 상태 층을 풀다

By University of Chicago 2023년 5월 20일 새로운 도구는 전자 상태를 풀어줍니다. 출처: 삽화: 이우주와 시카고 대학교 피터 앨런 연구원 1890년에 설립된

시카고 대학교 2023년 5월 20일

새로운 도구는 전자 상태를 풀어줍니다. 출처: 이우주(Woojoo Lee)와 피터 앨런(Peter Allen)의 일러스트레이션

Researchers at the University of ChicagoFounded in 1890, the University of Chicago (UChicago, U of C, or Chicago) is a private research university in Chicago, Illinois. Located on a 217-acre campus in Chicago's Hyde Park neighborhood, near Lake Michigan, the school holds top-ten positions in various national and international rankings. UChicago is also well known for its professional schools: Pritzker School of Medicine, Booth School of Business, Law School, School of Social Service Administration, Harris School of Public Policy Studies, Divinity School and the Graham School of Continuing Liberal and Professional Studies, and Pritzker School of Molecular Engineering." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">시카고 대학의 프리츠커 분자 공학 대학(PME)은 공학적 재료에서 전자 상태의 기원을 밝히는 데 도움이 되는 새로운 도구를 만들어 미래의 양자 기술 응용 분야에서 사용할 수 있는 길을 열었습니다.

Shuolong Yang 조교수와 그의 팀은 양자 정보 과학 기술의 발전에 중요한 역할을 할 수 있는 독특한 표면 특징을 가진 재료인 자기 위상 절연체에 대한 이해를 높이기 위해 이 혁신적인 도구를 개발했습니다.

연구진은 층 인코딩된 주파수 영역 광전자 방출이라는 기술을 통해 두 개의 레이저 펄스를 층형 재료에 보냅니다. 에너지 측정과 결합된 결과적인 진동을 통해 연구자들은 전자가 각 층에서 어떻게 움직이는지 보여주는 "영화"를 만들 수 있습니다.

“일상생활에서 물질을 더 잘 이해하고 싶을 때, 즉 그 구성을 이해하고 싶거나 속이 비어 있는지를 알고 싶을 때 우리는 그 물질을 두드립니다.”라고 Yang은 말했습니다. “이것은 미시적 수준에서 유사한 접근 방식입니다. 우리의 새로운 기술을 통해 우리는 적층된 재료를 '두드리고 들을 수 있으며' 특정 자기 위상 절연체가 이론이 예측하는 것과 다르게 작동한다는 것을 보여줄 수 있었습니다."

The results were published in the journal Nature PhysicsAs the name implies, Nature Physics is a peer-reviewed, scientific journal covering physics and is published by Nature Research. It was first published in October 2005 and its monthly coverage includes articles, letters, reviews, research highlights, news and views, commentaries, book reviews, and correspondence." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">자연 물리학.

현재 많은 재료 과학자들이 원자 수준에서 층별 공정을 통해 재료를 설계 및 생성하고 두 개 이상의 재료를 결합하여 새로운 재료를 생성하기 때문에 적층형 재료를 이해하는 것이 중요합니다. 이러한 재료를 처음부터 다시 구축하면 미래 기술을 위한 새로운 특성을 갖춘 재료를 만들 수 있습니다.

과학자들은 자성 물질과 비자성 물질을 결합하여 2층 자기 위상 절연체(MnBi2Te4)(Bi2Te3)를 만들면서 이국적인 양자 특성을 지닌 물질을 개발했습니다. 전자는 에너지와 양자 특성을 유지하면서 표면 주변을 따라 이동합니다. 이 초전류는 미래의 양자 컴퓨터에서 큐비트에 저장된 정보를 전송하는 데 잠재적으로 사용될 수 있습니다.

이러한 층은 몇 나노미터 정도로 매우 얇기 때문에 분광학과 같은 기존의 재료 특성화 도구로는 층을 구별할 수 없습니다. 전자는 이상적으로는 자성 물질의 표면 주위를 이동해야 하지만, 다른 그룹이 수행한 이전 실험에서는 아마도 전자가 비자성 물질 주위를 맴돌고 있는 것으로 나타났습니다.

서로 다른 두 층에서 무슨 일이 일어나는지 이해하기 위해 새로운 도구는 먼저 펨토초(또는 1천조분의 1초) 적외선 펄스를 보냅니다. 이 짧은 펄스로 인해 층은 구성에 따라 다르게 진동하게 됩니다. 그런 다음 연구원들은 두 번째 자외선 레이저 펄스를 보내 물질 내 전자의 에너지와 운동량을 측정할 수 있습니다. 두 가지 측정을 함께 사용하면 시간에 따른 전자 움직임을 기록할 수 있습니다.