까다로운 트리플론: 과학자들이 얽힌 전자로 만들어진 준입자로 인공 양자 자석을 만듭니다

작성자: Aalto University 2023년 8월 23일

예술적인 일러스트레이션은 얽힌 전자가 삼중론으로 전파되는 코발트-프탈로시아닌 분자의 자기 여기를 묘사합니다. 출처: Jose Lado/Aalto University

연구그룹이 실제 공간 측정을 통해 최초로 양자 얽힘 파동을 감지했습니다.

Triplons는 까다로운 작은 것들입니다. 실험적으로는 관찰하기가 매우 어렵습니다. 그럼에도 불구하고 연구자들은 일반적으로 거시적 재료에 대한 테스트를 수행하며, 여기서 측정값은 전체 샘플에 대한 평균으로 표시됩니다.

That’s where designer quantum materials offer a unique advantage, says Academy Research Fellow Robert Drost, the first author of a paper published on August 22 in the journal Physical Review LettersPhysical Review Letters (PRL) is a peer-reviewed scientific journal published by the American Physical Society. It is one of the most prestigious and influential journals in physics, with a high impact factor and a reputation for publishing groundbreaking research in all areas of physics, from particle physics to condensed matter physics and beyond. PRL is known for its rigorous standards and short article format, with a maximum length of four pages, making it an important venue for rapid communication of new findings and ideas in the physics community." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 실제 검토 편지. 이러한 디자이너 양자 물질을 통해 연구자들은 천연 화합물에서 발견되지 않는 현상을 만들어 궁극적으로 이국적인 양자 여기를 실현할 수 있습니다.

“이러한 재료는 매우 복잡합니다. 매우 흥미로운 물리학을 제공하지만, 가장 이국적인 물리학도 찾고 연구하기가 어렵습니다. 그래서 우리는 여기서 개별 구성 요소를 사용하여 인공 재료를 구축함으로써 다른 접근 방식을 시도하고 있습니다.”라고 Aalto University의 원자 규모 물리학 연구 그룹 책임자인 Peter Liljeroth 교수는 말합니다.

양자 물질은 미시적 수준에서 전자 사이의 상호 작용에 의해 지배됩니다. 이러한 전자 상관관계는 고온 초전도나 복잡한 자기 상태와 같은 특이한 현상을 일으키고, 양자 상관관계는 새로운 전자 상태를 발생시킵니다.

두 개의 전자의 경우 단일항 상태와 삼중항 상태로 알려진 두 개의 얽힌 상태가 있습니다. 전자 시스템에 에너지를 공급하면 단일항에서 삼중항 상태로 여기될 수 있습니다. 어떤 경우에는 이 여기가 삼중론(triplon)으로 알려진 얽힘 파동의 물질을 통해 전파될 수 있습니다. 이러한 여기는 기존의 자성 재료에는 존재하지 않으며 이를 측정하는 것은 양자 재료에서 여전히 열려 있는 과제로 남아 있습니다.

새로운 연구에서 팀은 작은 유기 분자를 사용하여 특이한 자기 특성을 가진 인공 양자 물질을 만들었습니다. 실험에 사용된 각 코발트-프탈로시아닌 분자에는 두 개의 프론티어 전자가 포함되어 있습니다.

Drost는 “매우 간단한 분자 빌딩 블록을 사용하여 이전에 수행된 적이 없는 방식으로 이 복잡한 양자 자석을 설계하고 조사할 수 있으며 독립적인 부분에서는 발견되지 않는 현상을 밝힐 수 있습니다.”라고 Drost는 말합니다. "고립된 원자의 자기 여기가 주사 터널링 분광법을 사용하여 오랫동안 관찰되었지만 전파되는 삼중론으로는 결코 달성되지 않았습니다."

Drost는 “우리는 이러한 분자를 사용하여 전자를 하나로 묶어서 좁은 공간에 묶어서 상호 작용하도록 합니다.”라고 말합니다. “외부에서 그러한 분자를 살펴보면 두 전자의 결합 물리학을 볼 수 있습니다. 우리의 기본 빌딩 블록에는 이제 하나가 아닌 두 개의 전자가 포함되어 있기 때문에 우리는 매우 다른 종류의 물리학을 볼 수 있습니다.”

연구팀은 처음에는 개별 코발트-프탈로시아닌 분자에서 자기 여기를 모니터링했고 나중에는 분자 사슬 및 섬과 같은 더 큰 구조에서 모니터링했습니다. 매우 단순한 것부터 시작하여 점점 더 복잡해지는 방향으로 작업함으로써 연구자들은 양자 물질의 새로운 행동을 이해하기를 희망합니다. 현재 연구에서 팀은 빌딩 블록의 단일항-삼중항 여기가 삼중론으로 알려진 이국적인 자기 준입자로서 분자 네트워크를 횡단할 수 있음을 입증할 수 있었습니다.