자기학의 획기적인 발전으로 양자 컴퓨팅과 초전도체가 변모할 수 있다

라이스 대학교 물리학자와 공동 연구자들이 발견한 것은 최첨단 소재의 자기성과 전자적 상호작용에 대한 새로운 이해를 열어 양자 컴퓨팅과 고온 초전도체와 같은 기술 분야에 혁명을 일으킬 가능성이 있습니다. Zheng Ren과 Ming Yi가 이끄는 연구팀의 철-주석(FeSn) 박막 연구는 카고메 자석에 대한 과학적 이해를 재구성합니다. 카고메 자석은 고대 바구니 짜기 패턴의 이름을 따서 명명되었으며 전자파 함수의 양자 파괴 간섭으로 인해 비정상적인 자기적 및 전자적 행동을 생성할 수 있는 독특한 격자형 디자인으로 구조화되었습니다.

Nature Communications 10월 30일자 에 발표된 연구 결과 에 따르면 FeSn의 자기적 특성은 과학자들이 이전에 생각했던 이동성 전자가 아닌 국부 전자에서 비롯된 것입니다. 이 발견은 이동성 전자가 자기적 행동을 주도한다고 가정했던 카고메 금속의 자기에 대한 기존 이론에 도전합니다. 자기에 대한 새로운 관점을 제공함으로써 연구팀의 작업은 양자 컴퓨팅 및 초전도체와 같은 첨단 기술 응용 분야에 맞춤형 특성을 가진 재료 개발을 안내할 수 있습니다.

"이 연구는 양자 물질의 새로운 속성에 대한 실험적, 이론적 연구를 더욱 촉진하고, 이러한 수수께끼 같은 물질과 그 잠재적인 실제 세계 응용 분야에 대한 이해를 심화시킬 것으로 기대됩니다."라고 물리학 및 천문학과 조교수이자 라이스 아카데미 수석 펠로우인 이는 말했습니다.

분자 빔 에피택시와 각도 분해 광전자 방출 분광법을 결합한 고급 기술을 사용하여 연구자들은 고품질 FeSn 박막을 만들고 전자 구조를 분석했습니다. 그들은 고온에서도 카고메 플랫 밴드가 분리된 상태로 유지된다는 것을 발견했는데, 이는 국소 전자가 재료에서 자성을 구동한다는 지표입니다. 이 전자 상관 효과는 전자 거동이 카고메 자석의 자기적 특성에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 데 새로운 복잡성을 더합니다.

이 연구에서는 일부 전자 궤도가 다른 전자 궤도보다 더 강한 상호 작용을 보이는데, 이는 이전에 철 기반 초전도체에서 관찰된 선택적 밴드 재정규화로 알려진 현상으로, 전자 상호 작용이 카고메 자석의 동작에 영향을 미치는 방식에 대한 새로운 관점을 제공합니다.

"저희 연구는 카고메 자석의 자기성과 전자 상관관계 사이의 복잡한 상호 작용을 강조하고 이러한 효과가 전체 동작을 형성하는 데 무시할 수 없다는 것을 시사합니다." 라이스 아카데미 주니어 펠로우인 렌의 말입니다.

FeSn에 대한 이해를 증진하는 것 외에도 이 연구는 유사한 특성을 가진 재료에 대한 더 광범위한 의미를 가지고 있습니다. 평탄한 밴드와 전자 상관 관계에 대한 통찰력은 고온 초전도체와 위상적 양자 계산과 같은 새로운 기술의 개발에 영향을 미칠 수 있으며, 여기서 자기와 위상적 평탄한 밴드의 상호 작용은 양자 논리 게이트로 사용할 수 있는 양자 상태를 생성합니다.

이 연구에 협력한 라이스 연구원에는 물리 및 천문학과 박사후 연구원 및 대학원생인 Jianwei Huang, Ananya Biswas, Yichen Zhang, Yaofeng Xie, Ziqin Yue, Lei Chen, Fang Xie, Kevin Allen, Han Wu 및 Qirui Ren; Karl F. Hasselmann 공학 교수이자 Smalley-Curl 연구소 소장인 Junichiro Kono; Emilia Morosan(물리 및 천문학, 화학 및 재료 과학 및 나노 공학 교수); Qimiao Si(물리 및 천문학 Harry C. 및 Olga K. Wiess 교수); Pengcheng Dai(물리 및 천문학 Sam 및 Helen Worden 교수)가 포함됩니다.

전 세계의 협력자로는 바이츠만 과학 연구소 응집물질 물리학과의 헝신 탄(Hengxin Tan)과 빙하이 얀(Binghai Yan), 서보헤미아 대학교 신기술 연구 센터의 아키 풀키넨(Aki Pulkkinen)과 얀 미나르(Ján Minár), 브룩헤이븐 국립 연구소 국립 싱크로트론 광원 2의 아닐 라자피타마후니(Anil Rajapitamahuni), 아시쉬 K. 쿤두(Asish K. Kundu), 엘리오 베스코보(Elio Vescovo), 로스앨러모스 국립 연구소 이론부 및 통합 나노기술 센터의 지안신 주(Jian-Xin Zhu)가 있습니다.

미국 에너지부, 로버트 A. 웰치 재단, 고든 앤 베티 무어 재단의 EPiQS 이니셔티브, 라이스 아카데미 펠로우십, 공군 과학 연구 사무국 및 바네바 부시 교수 펠로우십이 이 연구를 지원했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241030145809.htm