나노기술 및 정책 정보

• 목록

독일-폴란드 연구팀이 실온에서 마그논으로 구성된 마이크로 미터 크기의 시공간 결정을 만드는데 성공함. Helmholtz Zentrum Berlin의 Bessy II에 있는 주사 투과 X선 현미경 MAXYMUS의 도움으로 그들은 반복되는 주기적 자화 구조를 결정체로 촬영할 수 있었음.

결정은 원자 또는 분자가 특정 구조로 규칙적으로 배열된 고체이며, 현미경으로 배열을 보면 항상 같은 간격에 있는 원자나 분자를 발견함. 그것은 시공간 결정과 유사하지만, 반복 구조는 공간뿐만 아니라 시간에도 존재함. 가장 작은 구성 요소는 일정 기간이 지나면 원래 패턴으로 다시 배열될 때까지 계속 움직임.

시공간 결정이 실제로 존재한다는 사실은 2017년에 처음 확인되었으나, 그 구조는 크기가 수 나노 미터에 불과했고 섭씨 영하 250도 이하에서만 형성되었음. 따라서 독일-폴란드 과학자들이 상온에서 비디오로 수 마이크로 미터의 비교적 큰 시공간 결정을 이미징하는데 성공했다는 사실은 획기적임. 마그논으로 구성된 시공간 결정이 다른 마그논과 상호작용할 수 있음을 보여줄 수 있었기 때문임.

연구진은 공간과 시간에서 정기적으로 반복되는 마그논 패턴을 취하고 더 많은 마그논을 보내 결국 흩어짐. 따라서 시간 결정이 다른 준 입자와 상호작용할 수 있음을 보여줄 수 있었음.

실험에서 무선 주파수 전류를 보내는 미세 안테나에 자성 물질 조각을 배치함. 이 마이크로파장은 스트립의 마그논(스핀파의 준 입자)을 자극하는 에너지 원인 진동 자기장을 유발함. 자기파는 왼쪽과 오른쪽에서 스트립으로 이동하여 공간과 시간에서 반복되는 패턴으로 자연스럽게 응축됨. 사소한 정상파와 달리 이 패턴은 수렴하는 두 파동이 만나 간섭하기 전에 형성됨. 따라서 정기적으로 사라지고 자체적으로 다시 나타나는 패턴은 양자 효과여야 함.

연구진은 그러한 시공간 결정이 처음 생각했던 것보다 훨씬 더 강력하고 널리 퍼져 있음을 보여줄 수있었으며, 그 결정은 실온에서 응축되고 입자는 분리된 시스템과는 달리 입자와 상호작용할 수 있다고 설명함. 또한, 클래식 결정은 매우 광범위한 응용 분야를 가지고 있고, 이제 결정이 상호작용할 수 없다면 공간뿐만 아니라 시간에도 가능한 응용 프로그램의 또 다른 차원을 추가할 수 있다며, 통신, 레이더 또는 이미징 기술의 잠재력은 엄청나다고 덧붙임.

본 연구 성과는 Physical Review Letters ("Real-Space Observation of Magnon Interaction with Driven Space-Time Crystals")에 게재됨.