초전도에 대한 원자 규모의 창은 새로운 양자 물질을 위한 길을 열어줍니다

초전도에 대한 원자 규모의 창은 새로운 양자 물질을 위한 길을 열어줍니다
연구자들이 비전통적인 초전도체를 이해하는 데 도움이 되는 새로운 기술
날짜:
2022년 6월 3일
원천:
알토 대학교
요약:
초전도체는 전기 저항이 전혀 없는 물질로 일반적으로 극도로 낮은 온도가 필요합니다. 의료 응용 프로그램에서 양자 컴퓨터의 중심 역할에 이르기까지 광범위한 영역에서 사용됩니다. 초전도성은 쿠퍼 쌍으로 알려진 특별히 연결된 전자 쌍에 의해 발생합니다. 지금까지 Cooper 쌍의 발생은 대량으로 간접적으로 거시적으로 측정되었지만 새로운 기술은 원자 정밀도로 발생을 감지할 수 있습니다.

초전도체는 전기 저항이 전혀 없는 물질로 일반적으로 극도로 낮은 온도가 필요합니다. 의료 응용 프로그램에서 양자 컴퓨터의 중심 역할에 이르기까지 광범위한 영역에서 사용됩니다. 초전도성은 쿠퍼 쌍으로 알려진 특별히 연결된 전자 쌍에 의해 발생합니다. 지금까지 Cooper 쌍의 발생은 대량으로 간접적으로 거시적으로 측정되었지만 Aalto University와 미국 Oak Ridge National Laboratories의 연구원들이 개발한 새로운 기술은 원자 정밀도로 발생을 감지할 수 있습니다.

실험은 알토 대학의 호세 라도 교수의 이론적 지원을 받아 오크리지 국립연구소의 고원희와 페트로 막시모비치가 수행했다. 전자는 에너지 장벽을 가로질러 양자 터널링을 할 수 있으며, 고전 물리학으로는 설명할 수 없는 방식으로 공간을 통해 한 시스템에서 다른 시스템으로 점프합니다. 예를 들어, 전자가 금속과 초전도체가 만나는 지점에서 바로 다른 전자와 쌍을 이루는 경우, 초전도체로 들어가는 쿠퍼 쌍을 형성하는 동시에 Andreev로 알려진 과정에서 다른 종류의 입자를 금속으로 "반동"할 수 있습니다. 반사. 연구원들은 Cooper 쌍을 감지하기 위해 이러한 Andreev 반사를 찾았습니다.

이를 위해 그들은 원자적으로 날카로운 금속 팁과 초전도체 사이의 전류와 전류가 팁과 초전도체 사이의 분리에 어떻게 의존하는지 측정했습니다. 이를 통해 개별 원자에 필적하는 이미징 해상도를 유지하면서 초전도체로 되돌아가는 Andreev 반사의 양을 감지할 수 있었습니다. 실험 결과는 Lado의 이론적 모델과 정확히 일치했습니다.

원자 규모에서 Cooper 쌍의 이러한 실험적 검출은 양자 물질을 이해하는 완전히 새로운 방법을 제공합니다. 처음으로 연구자들은 Cooper 쌍의 파동 함수가 원자 규모에서 어떻게 재구성되고 원자 규모의 불순물 및 기타 장애물과 상호 작용하는지 고유하게 결정할 수 있습니다.

'이 기술은 비전통적인 초전도체로 알려진 이국적인 유형의 초전도체의 내부 양자 구조를 이해하기 위한 중요한 새로운 방법론을 확립하여 잠재적으로 양자 재료의 다양한 미해결 문제를 해결할 수 있게 해줍니다.'라고 Lado가 말했습니다. 비전통적인 초전도체는 양자 컴퓨터의 잠재적인 기본 빌딩 블록이며 실온에서 초전도성을 실현하는 플랫폼을 제공할 수 있습니다. 쿠퍼 쌍은 지금까지 이해하기 어려웠던 비전통적인 초전도체에서 고유한 내부 구조를 가지고 있습니다.

이 발견은 비전통적인 초전도체에서 Cooper 쌍의 상태를 직접 조사할 수 있게 하여 전체 양자 재료 제품군에 중요한 새로운 기술을 확립합니다. 이는 양자 재료에 대한 이해에서 중요한 진전을 나타내며 양자 기술 개발 작업을 추진하는 데 도움이 됩니다.