과학자들은 물질의 새로운 상태 발견 : 양자 스핀 액체

테네시 주 오크 리지 국립 연구소 (Oak Ridge National Laboratory)와 케임브리지 대학의 물리학 자들은 함께 새로운 문제의 상태를 발견했습니다. 저널에보고 된 획기적인 연구 결과 자연 는 "양자 스핀 액체 (quantum spin liquid)"로 알려진 오랜 이론화 된, 그러나 결코 알 수없는 상태의 관찰을 상세하게 묘사한다.

Cambridge의 Cavendish Laboratory의 한 과학자이자이 논문의 공동 저자 중 한 사람인 Johannes Knolle은 보도 자료에서 "이것은 예측되었지만 이전에는 보지 못했던 새로운 양자 상태이다.

물리학에 대한 기본 지식을 가진 사람은 고체, 액체 및 가스의 세 가지 주요 상태가 있음을 알고 있습니다. 조금 더 많은 지식을 가진 사람들은 다른 두 가지 고전적 상태, 즉 플라즈마 (고 에너지 이벤트를 만드는 자유 하전 입자)와 콜로이드 ("in betweens"는 버터처럼 한 번에 두 가지 상태를 구성 함)를 알 수 있습니다.

그러나 아주 작은 규모 나 매우 경이로운 상황에서만 관찰 할 수있는 10 가지 이상의 다른 상태가 존재합니다. 이들 중 하나는 양자 스핀 액 (Quantum Spin Liquid)입니다. 혼란스런 상태로 어떤 현상이 일어나기 전에 좀 더 자세한 설명이 필요합니다.

양자 역학에 따르면 모든 입자는 두 종류의 각운동량을 나타낼 수 있습니다. 첫 번째는 궤도 각운동량이고 두 번째는 스핀입니다. 이 두 가지 각각의 행동에 대한 비유는 태양 주위를 공전하는 행성이며, 궤도와 축 방향의 회전을 나타낸다.

시스템이 일련의 상호 작용하는 양자 스핀을 달성했을 때, 단단한 얼음과 비교할 때 액체 물이 무질서 화되는 것과 같은 방식으로 무질서 상태에있는 것으로 생각됩니다. 양자 스핀 액은 비슷한 작용을하지만 저온에서 발생합니다. 물질을 고체 상태로 모으는 것과 같이 균일 한 패턴으로 모아 놓는 대신, 양자 액체 스핀 상태에있는 물질의 덩어리는 수프의 뜨거운 엉망처럼 계속해서 불규칙하게 행동 할 것입니다. 사실, 그 활동은 매우 극단적이어서 입자는 실제로 떨어져 나간다. 추운 환경에서 기대하는 것과 정확히 모순되는 장면입니다.

이 경우 연구팀은 그라 핀과 비슷한 종류의 2 차원 물질로 Majorana fermions라고 알려진 분수 입자를 관찰했습니다. 그들이 관찰 한 것은 Kitaev 모델로 알려진 가상의 양자 스핀 액체 모델과 유사했습니다. 결과는이 물질 상태에 대한 40 년간의 검색의 끝을 마침표로 표시합니다.

보다 구체적으로, 새로운 양자 스핀 액체 관측은 전자 분리 (electron splitting)로 알려진 성질을 밝혀 내었습니다. 언젠가는 기존 물질의 한계를 뛰어 넘어 오늘날의 기계보다 빠른 속도로 작동하는 새로운 종류의 양자 컴퓨터를 만들 수있었습니다.

그런 돌파구는 앞으로 수십 년입니다. 그러나 우리가 육신 속에서 물질의 새로운 상태를 관찰 할 수 있었다는 단순한 사실은 인간이 아직 자연 세계가 어떻게 작용 하는지를 이해하면서 표면을 긁어 내지 못한다는 또 다른 신호입니다.