조명 양자 자석: 빛이 자기 영역을 드러낸다

무언가가 자석처럼 우리를 끌어들일 때, 우리는 더 자세히 살펴봅니다. 자석이 물리학자를 끌어들일 때, 그들은 양자적 관점을 취합니다.

오사카 수도권 대학과 도쿄 대학의 과학자들은 빛을 사용하여 특수 양자 물질에서 자기 도메인이라고 알려진 작은 자기 영역을 시각화하는 데 성공했습니다. 게다가 그들은 전기장을 적용하여 이러한 영역을 성공적으로 조작했습니다. 그들의 발견은 양자 수준에서 자기 물질의 복잡한 행동에 대한 새로운 통찰력을 제공하여 미래의 기술 발전을 위한 길을 열었습니다.

우리 대부분은 금속 표면에 붙는 자석에 익숙합니다. 하지만 그렇지 않은 자석은 어떨까요? 이 중에는 전 세계 기술 개발자들의 주요 관심사가 된 반강자성체가 있습니다.

반강자성체는 자기력 또는 스핀이 반대 방향을 가리키고, 서로 상쇄되어 순 자기장이 발생하지 않는 자성 물질입니다. 결과적으로 이러한 물질은 뚜렷한 북극과 남극을 갖지 않으며 전통적인 강자성체처럼 행동하지 않습니다.

반강자성체, 특히 준일차원 양자 특성을 가진 반강자성체(즉, 자기적 특성이 주로 원자의 일차원 사슬에 국한됨)는 차세대 전자 및 메모리 장치의 잠재적 후보로 간주됩니다. 그러나 반강자성 물질의 독특성은 금속 표면에 대한 인력이 없는 데에만 있는 것이 아니며, 이러한 유망하면서도 도전적인 물질을 연구하는 것은 쉬운 일이 아닙니다.

"준 1차원 양자 반강자성 재료의 자기 도메인을 관찰하는 것은 낮은 자기 전이 온도와 작은 자기 모멘트로 인해 어려웠습니다." 오사카 수도권 대학의 준교수이자 이 연구의 주저자인 켄타 키무라의 말입니다.

자기 도메인은 원자의 스핀이 같은 방향으로 정렬된 자성 물질 내의 작은 영역입니다. 이러한 도메인 간의 경계를 도메인 벽이라고 합니다.

전통적인 관찰 방법이 효과가 없다는 것이 입증되었기 때문에 연구팀은 준일차원 양자 반강자성체 BaCu2Si2O7에 대해 창의적인 시각을 취했습니다 . 그들은 비상 호적 방향성 이색성을 이용했습니다. 이는 빛의 방향이나 자기 모멘트가 반전되면 물질의 빛 흡수가 변하는 현상입니다. 이를 통해 그들은 BaCu2Si2O7 내부의 자기 도메인을 시각화하여 단일 결정 내부 에 반대 도메인이 공존 하고 도메인 벽이 주로 특정 원자 사슬 또는 스핀 사슬을 따라 정렬된다는 것을 밝혔습니다.

"보는 것이 믿는 것이고 이해는 직접적인 관찰에서 시작됩니다." 키무라가 말했습니다. "저는 간단한 광학 현미경을 사용하여 이러한 양자 반강자성체의 자기 도메인을 시각화할 수 있어서 매우 기쁩니다."

이 팀은 또한 이러한 도메인 벽이 자기 및 전기적 특성이 상호 연결된 자기전기 결합이라는 현상 덕분에 전기장을 사용하여 움직일 수 있음을 입증했습니다. 움직일 때에도 도메인 벽은 원래 방향을 유지했습니다.

"이 광학 현미경 방법은 간단하고 빠르며, 앞으로 움직이는 도메인 벽의 실시간 시각화를 가능하게 할 가능성이 있습니다."라고 Kimura는 말했습니다.

이번 연구는 양자 물질을 이해하고 조작하는 데 있어 중요한 진전을 이루었으며, 기술적 응용 분야에서 새로운 가능성을 열었고 미래의 양자 장치와 물질 개발로 이어질 수 있는 물리학의 새로운 영역을 탐구했습니다.

"이 관찰 방법을 다양한 준1차원 양자 반강자성체에 적용하면 양자 요동이 자기 도메인의 형성과 이동에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있으며, 반강자성 재료를 사용하는 차세대 전자 장치를 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다."라고 Kimura는 말했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241011141548.htm