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현대의 고체 물리학에서 진실에 가까워지는 데 필요한 단서를 보유하는 것은 산란 과정(전자 간의 상호작용)으로, 많은 전자가 동시에 역할을 하는 복잡한 물질의 경우 중요한 ‘힌트’를 밝히는 것이 특히 어려움. 소위 ‘다 전자 시스템’에서는 수조 개의 전자가 서로 연결되어 에너지와 운동량을 교환할 수 있음.

빈 공과대학교, 독일 튀빙겐 에버하르트 카를 대학교 및 프랑스 에콜 폴리테크니크의 연구진은 정확한 분석으로 새로운 구조, 이른바 ‘지문’을 식별하여 복잡한 산란 과정을 이해할 수 있게 됨.

이 산란 과정은 전하 캐리어의 이동성을 결정하므로 시스템이 궁극적으로 금속, 절연 또는 초전도 동작을 나타내는지 여부를 제어함.

연구진은 컴퓨터 시뮬레이션으로 다 전자 시스템의 물리적 특성을 규명하고 궁극적으로 고체 물리학의 근본적인 질문에 답하고자 함. 산란 과정에 대한 심층 분석과 다양한 물리적 상황에서의 비교를 통해 명확한 ‘지문’을 식별할 수 있었음.

연구진은 더 큰 그림을 보기 위해 많은 작은 세부 사항을 연결하려고 했는데, 그들은 산란 과정을 설명하는 복잡한 수학적 양에서 특징적인 구조를 식별하고 이러한 구조를 고체 물리학의 두 가지 기본 현상과 연관시키는 데 성공함.

이러한 근본적인 현상은 전자의 이동성을 결정적으로 제어하는 ​​소위 콘도(Kondo) 효과로 인한 스크리닝뿐만 아니라 국소 자기 모멘트의 형성으로 밝혀짐. 이 새로운 연결을 통해 복잡한 산란 과정에서 관련된 물리적 효과를 한눈에 인식할 수 있음.

이러한 ‘지문’을 식별함으로써 이론적 고체 물리학에서 가장 기본적인 에너지 척도 중 하나인 콘도 온도를 결정하기 위한 대체 기준을 발견할 수도 있었음.

결국, 이러한 발견은 고체 물리학에서 해결되지 않은 양자 지문 시스템을 근본적인 수준에서 이해하기 위한 올바른 방향으로 연구할 수 있게 됨.

본 연구 성과는 Physical Review Letters ("Fingerprints of the local moment formation and its Kondo screening in the generalized susceptibilities of many-electron problems")에 게재됨.