마지막으로! 물리학자들은 실온에서 작동하는 물질의 이국적인 양자 상태를 만듭니다

양자 수준의 물리 법칙은 고체, 액체, 기체의 표준 범위에서 벗어날 수 있으며, 연구자들은 물질의 이국적인 양자 상태, 즉 입자가 스스로 조직하고 행동하는 특별한 방식을 관찰했습니다.

게다가 양자 상태가 일반적으로 요구하는 극도의 냉각 없이 실온에서 설계되었습니다.

국제 연구팀이 수행한 실험 결과는 다음과 같이 발표되었습니다. 과학 발전. 그들은 고급 컴퓨팅 시스템과 센서에서 양자 기술을 보다 실용적으로 사용하는 방법을 제시합니다.

일부는 액체이고 일부는 고체인 양자 상태는 미세공동(Microcavity)이라는 작은 빛을 가두는 구조를 사용하여 생성되었습니다.

양자 테스트베드로서 설정에는 많은 이점이 있습니다. 상대적으로 저렴하고 전압을 통해 제어할 수 있으며 극저온 냉장고가 필요하지 않습니다.

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“우리의 액정 미세공동은 60°C(140°F)에 가까운 온도에서도 작동할 수 있습니다”라고 폴란드 군사기술대학교의 물리학자 Wiktor Piecek는 말했습니다.

이 양자 상태에 대한 기술적 용어는 엑시톤-폴라리톤 보스-아인슈타인 응축물 내의 초고체입니다. 아마도 양자 물리학자가 아닌 우리에게는 약간의 분해가 필요할 것입니다.

양자 영역에 존재하는 두 가지 상태는 초유체(저항 없이 흐를 수 있는 액체)와 초고체(초유체이지만 느슨하고 유동적인 결정 구조가 아닌 규칙적이고 반복적인 결정 구조를 가짐)입니다. 그것이 바로 초고체 부분입니다.

엑시톤-폴라리톤은 빛과 물질을 모두 결합한 하이브리드 준입자(여러 입자가 하나로 작용함)입니다. 마지막으로 BEC(보스-아인슈타인 응축물)는 여러 입자 또는 준입자가 단일 양자 실체가 되는 곳입니다.

이러한 양자 상태를 생성하기 위해 연구진은 전압으로 제어할 수 있는 액정과 빛과 강하게 상호 작용하는 유기 반도체를 결합했습니다. 그런 다음 레이저 펄스를 사용하여 양자 반응에 에너지를 공급했습니다.

그러나 과학자들이 찾고 있던 동작은 상대적으로 수명이 짧았습니다. 즉, 반도체가 액정과 반응하면서 시간이 지남에 따라 재료가 저하되었습니다.

“우리는 전체 실험 순서를 미리 계획해야 했습니다”라고 뉴욕 시립 대학의 물리학자 Marcin Muszyński는 말했습니다. “측정을 반복한다는 것은 완전히 새로운 샘플을 제작하는 것을 의미합니다.”

연구원들이 보고 있던 것에 대한 추가 검증은 각각의 연속적인 레이저 펄스에서 이루어졌습니다. 응축물은 매번 재형성되었으며, 줄무늬(초고체의 결정체와 같은 고체 부분)가 새로 고쳐질 때마다 조금씩 다른 위치에 줄을 섰습니다.

별것 아닌 것처럼 들릴 수도 있지만 이는 외부 미세공동의 영향을 받은 것이 아니라 이 양자 상태의 고유한 특성을 보여주는 증거입니다.

프랑스 국립과학연구센터(CNRS) 소속 물리학자 기욤 말푸에흐(Guillaume Malpuech)는 “이것은 자발적인 대칭 파괴의 교과서적 사례입니다.”라고 말했습니다.

“이론에서는 초고체가 여러 등가 상태 중에서 선택할 수 있다고 예측했고, 그것이 바로 우리가 관찰한 것입니다.”

연구원들이 생성한 개별 입자는 단 1초 동안만 지속되었지만 필요한 관찰을 얻기에는 충분했습니다. 여러 샘플을 테스트하여 동일한 결과를 얻었으며 이는 컴퓨터 시뮬레이션 모델로도 뒷받침되었습니다.

실험을 더욱 발전시키기 위한 경로에는 핵심 반응이 더 오래 지속되도록 하는 방법에 대한 작업과 나타난 양자 소용돌이(초유체 거동을 나타내는 줄무늬 패턴의 결함)에 대해 더 자세히 조사하는 것이 포함될 수 있습니다.

궁극적으로 이는 추가 비용과 극한 냉각의 복잡성 없이 초유체와 초고체의 양자 거동을 연구하는 더 쉬운 방법을 의미합니다. 특히 여기에 표시된 스핀-궤도 결합(초고체 배열을 생성한 빛의 편광과 운동의 연결)과 관련하여 더욱 그렇습니다.

컴퓨터 칩 및 고급 센서와 관련된 것을 포함하여 빛과 관련된 거의 모든 양자 효과는 더 많은 이점을 얻을 수 있습니다.

연구진은 발표된 논문에서 “우리의 연구는 스핀-궤도 결합 및 그 이상 존재 하에서 광물리학의 양자 유체에 대한 새로운 관점을 열었습니다”라고 썼습니다.

이 연구는 다음에서 출판되었습니다. 과학 발전.