본문 바로가기
과학

자석의 힘을 차단하는 초전도 필름

by ○●○●◑◐◐◑● 2020. 4. 9.

새로운 초전도 필름으로 자석의 힘을 차단한다.

쌍을 이루는 전자가 방해받지 않고 날아가서 전기 저항이 0 인 물질을 만드는 초전도 현상을 고려합니다. 그러나 전자가 불순한 물질을 통과하거나 초전도성이 파괴되면 이러한 재능이 상실됩니다. Falson의 비유에서, 그는 초차를 속도를 제한하는 조약돌 거리에서 운전하는 것에 비유합니다. "우리의 임무는 초차를 만드는 것이 아니라 고속도로를 만드는 것"이라고 그는 말합니다. Caltech에서 그는 재료 문제에 두 가지 방식으로 접근합니다. 먼저, 그와 그의 학생들은 새로운 전자적 특징을 보일 것으로 예상되는 새로운 재료를 합성하려고 시도할 것입니다. 이론가들은 그러한 많은 재료들을 제안했으며, 이 재료들 중 많은 것들이 안정된 실험 환경에서 만들어질 수 있게 되었습니다. 두 번째 방법은 알려진 재료, 특히 초박막을 테스트하고 개선하는 것입니다. 이 중 일부는 이국적인 초전도체입니다. 후자의 접근 방식을 사용하여 중국의 청와대 (Tsinghua University)의 Falson과 동료들과 독일의 Max Planck Institute for Solid State Research는 자기장에 노출된 후에도 기존 이론의 예측에 따르면 일반적으로 그 속성을 방해. 이 연구는 Science 지에 발표된 연구에 설명되어 있습니다. 초전도성을 연구하고 결국 그것을 활용하려는 사람들의 문제는 지금까지 섭씨 -70도 이하의 초저온에서만 실현되었다는 것입니다. Falson은 상온 초전도를 실현하기 위해 매우 강력한 추진력을 가지고 있습니다. 이는 과학의 성배 중 하나입니다. 적게. 사회에 혁명을 일으킬 것입니다.그러나 과학자들이 그 목표를 달성하려는 많은 도전이 있습니다. 초전도성을 방해하는 세 가지 주요 요소 : 온도 증가, 자기장 노출 또는 고밀도 전류 전달. 더욱이 이러한 요소들은 서로 관련이 있습니다. 설정이 따뜻할수록 초전도를 방해하는 데 필요한 임계 자기장이 더 작아집니다. 그러나 Falson과 동료 연구진은 새로운 연구에서 이국적인 전자 특성을 가진 것으로 의심되는 물질을 테스트했으며 초전도성이 이론에서 제안한 것보다 외부 자기장에 더 강하다는 것을 보여주었습니다. 연구자들은 비스무트 텔로 라이드 및 납 텔로 라이드와 같은 많은 얇은 결정질 층을 쌓는 일반적인 실리콘 기판으로 시작했습니다. 회색 주석의 최상층은 단지 몇 개의 원자 층 두께였으며, 이 시점에서 주석은 사실상 2차원이 되었습니다. 그 층 내의 전자는 주석의 평면 내에서만 움직일 수 있으며 위아래로 움직일 수 없습니다. 이전의 이론적 연구는이 다층 재료가 이국적인 전자적 특성을 가질 것이라고 제안했으며, 다른 연구자들은 필름이 초전도성이라는 것을 예기치 않게 발견했습니다. Falson은 초전도성을 더 조사하기 위해이 물질을 극도로 낮은 온도로 식히고 예상치 못한 비정상적인 동작을 발견했습니다. Falson의 연구의 핵심은 스핀으로 알려진 전자의 양자 특성입니다. 전자의 스핀은 그것의 각운동량을 말합니다. 이 특성은 크기와 방향으로 측정할 수 있습니다. 그는 일반적인 초전도 물질에서 반대 스핀을 가진 전자는 초전도를 담당하는 입자 인 쿠퍼 쌍이 된다고 말합니다. 벌크 재료에서 스핀은 모든 방향을 가리킬 수 있습니다. 그러나, 특정 박막에서, 스핀의 방향은 재료의 하부 전자 구조에 결합되어, "평면을 벗어난"스핀을 선호하는 스핀을 초래한다. 다시 말해, 주석 층을 종이로 묘사하면 스핀이 용지의 평평한 평면에 수직으로 정렬되는 경향이 있습니다. 그러나 전자가 자기장에 노출될 때, 전자의 스핀은 자기장의 방향과 정렬되는 것을 좋아합니다. 주석 층에 대한 연구에서 Falson 그룹은 큰 자기장 평면 내를 적용했는데, 이는 종이와 평행을 의미합니다. 그들은 스핀 방향을 바꾸고 초전도를 죽이면 기존 이론이 예측한 것보다 40 % 더 많은 자기장 강도가 필요하다는 것을 발견했으며, 이 효과는 실험 온도가 절대 영점에 도달했을 때만 분명 해졌습니다. 이러한 결과를 설명하기 위해 개발된 새로운 이론적 접근법은 Falson의 적층 물질의 기본 구조적 특성으로 인해 전자가 뒤집 히기를 꺼려한다는 것을 확립했습니다. Falson의 일부 협력자들은 이 발견의 의미를 설명하고 자기장에 대해 동일한 탄력성을 가진 200 개 이상의 이론적 재료를 예측하는 관련 연구를 발표했습니다. Harry G. Steele Laboratory에서 건설 중인 Falson의 새로운 Caltech 연구실은 현실에서 유사한 물리학을 보여줄 수 있는 예측된 재료 중 어떤 것을 찾으려고 시도할 것입니다. 그와 그의 동료들은 분자 빔 에피 택시라는 기술을 통해 재료를 합성할 것입니다. 진공 챔버 내에서 다양한 요소들이 증발되어 분자 빔을 형성할 것입니다. 그런 다음 재료는 단지 몇 나노미터 두께의 층으로 신중하게 선택되고 준비된 기판에 축적됩니다.우리는 다른 결정보다 결정을 성장시켜야 합니다. 이것이 우리를 벌크 결정 재배자와 분리시키는 것입니다.라고 Falson은 설명합니다. Falson은 처음에 호주 출신의 대학에서 자라면서 대학에 다니면서 재료의 물리적 특성에 관심을 가지게 되었고, 지구 기술자가 칼 테크로 가는 길을 따라갔습니다. 뉴 사우스 웨일스 대학교에서 학부 과정을 마친 후 그는 일본 정부가 외국 학자들이 미국에서 공부하고 연구하도록 장려하는 프로그램에서 장학금을 받았습니다. 도쿄 대학에서 박사 과정에서 결정 성장과 응축 물질 물리학에 대해 배웠고, 물질의 거시적 및 미시적 특성을 탐구하고 약간의 일본어를 집어 들었습니다. 박사 후 연구는 2020 년 초 패서 디나에 도착하기 전에 독일의 막스 플랑크 연구소로 데려갔습니다. Falson은 Caltech 캠퍼스는 어느 정도의 가정 감을 제공했다고 말합니다. "여기서 유칼립투스 나무가 좋아." 방금 나에게 집을 상기시켰다. 인터뷰 중에 캠퍼스를 돌아다니면서 유칼립투스 나무 냄새를 맡는 것을 기억합니다.기초 과학에 대한 Caltech의 접근 방식도 그를 유혹했습니다. 같은 주제를 연구하는 많은 사람들과 함께 대학이나 국립 연구소에서 일하기보다는 새로운 재료 합성에 대한 기본 연구와 같은 새로운 방향으로 나아가기 위해 어딘가에 있기를 원했습니다. "저는 그들이 위험을 감수하고 그 방향 을지지 할 수 있어서 기뻤습니다."라고 말합니다.

댓글0