Dailymail.com의 Stacy Liberatore 작성
2023년 8월 15일 17:23, 2023년 8월 15일 19:14 업데이트
과학자들이 상온에서 전기를 전도하는 초전도체로 이어질 수 있는 ‘악마 입자’를 발견했다. 물리학의 ‘성배’다.
초전도체는 저항 없이 전기를 전도할 수 있는 특정 금속 또는 합금이지만 온도는 어는점까지 화씨 100도 미만이어야 합니다.
일리노이 대학(University of Illinois)의 연구원들은 최근 광물 루테늄산스트론튬(strontium ruthenate)에서 질량이 없는 입자를 발견했습니다. 이는 ‘악마’가 예측한 지 거의 70년 후입니다.
초전도체는 고가 열차 및 고해상도 자기 공명 영상(MRI) 기계와 같은 프로세스에 사용되지만 실온에서 작동하는 재료는 더 강력한 컴퓨터를 위한 길을 열어줄 것입니다.
초전도성은 화씨 영하 452도의 액체 헬륨 온도로 냉각된 수은에서 100년 이상 전에 발견되었습니다.
수은에서 초전도성이 발견된 후, 이 현상은 매우 낮은 온도에서 다른 물질에서도 관찰되었습니다.
재료에는 와이어로 쉽게 만들 수 있는 몇 가지 금속과 니오븀 및 티타늄 합금이 포함되었습니다.
악마 같은 입자는 1956년 이론 물리학자 데이비드 베인스에 의해 처음 예측되었는데, 그는 전자가 고체를 통과할 때 ‘이상하게’ 상호 작용할 것이라고 믿었습니다.
전자는 전기적 상호 작용으로 인해 전자가 결합하여 집단 단위를 형성하기 때문에 고체에서 개별성을 잃을 수 있습니다.
에너지가 충분하면 전자는 근본적인 전기적 상호 작용에 의해 결정되는 새로운 전하와 질량을 가진 플라즈몬이라는 복합 입자를 형성할 수 있습니다.
그러나 플라즈몬이 상온에서 사용할 수 있는 에너지로 형성하기에는 일반적으로 질량이 너무 큽니다. 그러나 Baines는 이에 대한 예외가 있다고 가정했습니다.
물리학자는 많은 금속이 그러하듯이 고체가 하나 이상의 에너지 밴드에 전자를 가지고 있다면 플라즈몬이 위상이 다른 패턴으로 결합하여 새로운 질량이 없는 중성 플라즈몬, 즉 데몬을 형성할 수 있다고 주장했습니다.
악마는 질량이 없기 때문에 어떤 에너지로도 형성될 수 있고 모든 온도에서 존재할 수 있습니다.
이것은 그들이 다중 규모 광물의 거동에 근본적인 영향을 미친다는 추측으로 이어졌습니다.
이 발견은 광물인 스트론튬 루테네이트를 연구하는 동안 베인스의 예측을 매핑한 일리노이 대학교 어바나-샴페인 물리학과 교수인 피터 아바몬테가 이끄는 연구팀에 의해 이루어졌습니다.
실험은 초전도체와 관련이 없었지만 금속은 하나가 아닌 고온 초전도체와 같습니다.
연구자들은 금속에 전자를 분사하여 금속의 특징에 악마를 불러일으킴으로써 금속의 전자적 특성을 처음으로 스캔했습니다.
Abamonte는 이 프로젝트에서 전 대학원생인 Ali Hussain과 함께 작업하고 있었는데, 그는 “처음에는 그것이 무엇인지 전혀 몰랐습니다.
악마는 주류가 아닙니다. 가능성은 초기에 나타났고 우리는 기본적으로 웃었습니다.
“그러나 우리가 일을 배제하기 시작하면서 우리는 정말로 악마를 찾았는지 의심하기 시작했습니다.”
UIUC의 Moore 박사 후 연구원이자 응집 물질 이론가인 Edwin Huang은 결국 스트론튬 루테네이트의 전자 구조의 특징을 계산해 달라는 요청을 받았습니다.
Pines의 악마 예측에는 상당히 특정한 조건이 필요했으며 루테늄산스트론튬에 악마가 있어야 하는지 여부는 누구에게도 명확하지 않다고 Huang은 말했습니다.
우리는 무슨 일이 일어나고 있는지 파악하기 위해 미세한 계산을 해야 했습니다. 그렇게 했을 때 우리는 Baines가 설명한 것처럼 거의 동일한 강도로 위상이 다르게 진동하는 두 개의 전자 띠로 구성된 입자를 발견했습니다.
