나노기술 및 정책 정보

• 목록

결정의 대칭성은 재료의 특성을 결정하는 결정적인 물리적 속성 중 하나임. 특히, 전자의 거동은 결정의 대칭성에 의해 크게 영향을 받는데, 이는 다시 전도성 또는 광학적 특성과 같은 재료의 기본 거동을 지배함. 최근 실험 기술의 발전과 초고속 레이저 실험의 발전으로 결정 외에 또 다른 대칭인 빛의 대칭이 전자에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌음.

독일의 막스 프랑크 연구소(Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter) 연구팀이 대칭적으로 결합된 빛과 물질이 어떻게 새롭게 결합된 빛과 전자 상태를 생성하는지 탐구함. 이 상태는 새로운 물질의 설계에 사용될 수 있음. 빛은 그 자체로 고전적 관점과 양자적 관점에서 잘 이해되지만, 빛과 물질의 상호 작용에서 발생하는 효과는 광범위하게 연구되고 있음. 예를 들어 태양 전지와 같은 기술 응용으로 이어지는 광범위한 재료 연구 분야에서 이 효과는 기본 및 이론 연구에 여전히 관련이 있음. 지금까지 빛의 대칭 역할은 대체로 단순히 결정에서 전자의 대칭을 깨뜨리는 것으로 간주되었음. 그러나 최근 강렬한 레이저를 활용 한 작업은 편광과 수정의 상호 효과에 대한 관심을 다시 집중 시켰음. 특히 중요한 대칭은 빛의 키랄성임. 빛의 대칭은 재료의 결정 대칭과 상호 작용할 때 특히 관련이 있음. 가장 눈에 띄는 것은 레이저로 재료를 계속 구동하면 재료 전체의 거동을 변화시키는 소위 옷을 입은 상태라고 하는 빛과 전자의 결합된 상태가 형성되는 실험임. 이러한 양자 상태는 결정의 대칭과 빛의 대칭 모두에 의존하며, 이는 함께 물질 특성을 결정함. 새로운 견해는 빛이 파괴적인 섭동이 아니라 상태의 구성 부분으로 간주되어야한다는 것임. 빛과 물질 상호 작용에 대한 새로운 관점의 범위를 논의하고 재료 설계에 대한 새로운 접근 방식에 대한 관점을 탐구함. 이것은 특히 양자 물질, 즉 거시적 규모에서 양자 역학의 효과에 의해 결정되는 특성을 가진 물질에 영향을 미침. 이러한 새로운 속성은 새로운 기능을 생성할 수 있으며 엔지니어링 '요청에 따른 재료 특성을 조작‘을 향한 경로로 간주됨. 여기에서 논의되는 빛에 의해 촉진되는 재료 설계의 새로운 패러다임에서 두 가지 주요 플레이어는 전자와 광자임.

본 연구 성과는 ‘Nature Materials’ ("Engineering quantum materials with chiral optical cavities") 지에 게재됨