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양자과학기술연구개발기구(QST) 양자빔과학부문 간사이(関西)광과학연구소, 도쿄(東京)이과대학의 공동 연구그룹이 이웃하고 있는 스핀이 서로 반대 방향으로 배열되어 있는 반강자성 모트 절연 물질에 극히 짧은 광 펄스(레이저)를 조사(照射)하면, 반대 방향의 스핀 배열이 손상되거나 원래대로 돌아가는 진동이 100조분의 1초(10펨토초)의 시간 스케일로 일정하게 일어나는 것을 이론적으로 발견함. 물질의 자성은 전자의 스핀이라는 양자 역학적 성질로 결정된다고 알려져 있음. 연구진은 스핀이 엇갈려 배열되는 특징적인 스핀 배열을 나타내는 반강자성 모트 절연 물질에 착안,‘고강도 레이저 펄스를 조사했을 때 100펨토초 이하의 시간에 순간적으로 일어나는 스핀의 상태 변화를 X선 산란으로 조사’한다는 일련의 이론 모델을 구축했으며, 다차원 시뮬레이션을 실시함. 그 결과, 광 여기(勵起)된 반강자성 모트 절연 물질로부터 산란된 X선의 강도는 수십 펨토초 주기로 진동하고, 서로 90°방향으로 산란되는 재료는 강도 변화가 역위상되는 것을 세계 최초로 발견함. 펄스 광 여기와 같은 순간적인 상태에서 이 같은 규칙적인 현상은 예상되지 않았으며, 본 연구 성과는 광 조사에 의해 스핀 배열에‘양자적 진동’이 발생하는 것을 나타내는 새로운 연구 결과임. 향후, X선 자유전자 레이저를 이용한 실험을 통해 이번 결과가 검증되어 초단시간에 발생하는 신기한 자성의 탐사법을 확립하기 위한 자성의 학문적 규명 및 기존보다 3자리 수 이상 빠른 펨토초 수준의 초고속 자기 디바이스의 작동 원리 개척에 기여할 것으로 기대됨. 본 연구 성과는 Physical Review Letters(Antiphase Oscillations in the Time-Resolved Spin Structure Factor of a Photoexcited Mott Insulator)에 게재됨.