지난 몇 년 동안 일부 재료는 물리학 자의 놀이터로 입증되었습니다. 이 재료는 양성자, 중성자 및 전자와 같은 정상 입자 만 특수한 것으로 만들어지지 않습니다. 그러나 그들은 부품의 합 이상입니다. 이 재료는 다양한 놀라운 특성과 현상을 자랑하며 물리학 자들은 우리가 가장 친숙한 고체, 가스 및 액체 단계를 넘어서 새로운 물질의 물질로 이끌었습니다.
.특히 물리학자를 자극하는 한 부류의 자료 중 하나의 물질은 토폴로지 절연체이며, 더 광범위하게는 토폴로지의 단계가 2016 년에 발견자가 노벨상을 수상했습니다. 토폴로지 절연체의 표면에서 전자는 부드럽게 흐르고 내부에는 전자가 움직이지 않습니다. 따라서 표면은 금속과 같은 도체이지만 내부는 세라믹과 같은 절연체입니다. 토폴로지 절연체는 비정상적인 물리학뿐만 아니라 양자 컴퓨터 및 소위 스핀 트로닉 장치에서의 잠재적 사용에 대한 관심을 끌었으며 전자 스핀과 충전을 활용합니다.
그러나 그러한 이국적인 행동이 항상 명백한 것은 아닙니다. 매사추세츠 기술 연구소 (Massachusetts Institute of Physics)의 물리학자인 프랭크 윌크 제크 (Frank Wilczek)는“2004 년 노벨 물리학 상을 수상한 프랭크 윌크 제크 (Frank Wilczek)는“이런 종류의 부동산이 있는지 여부에 관계없이 자료를 쉽게 볼 수는 없다”고 말했다.
이것은 겉보기에 평범한 재료가 숨겨져 있지만 비정상적이고 유용한 속성을 숨길 수 있음을 의미합니다. 최근에 온라인으로 게시 된 논문에서 스톡홀름 대학교의 물리학자인 Wilczek과 Qing-Dong Jiang은 그러한 속성을 발견하는 새로운 방법을 제안합니다. 자료를 둘러싼 얇은 분위기를 조사함으로써 양자 분위기라고 불렀습니다.
.물리학 자들이 측정 할 수있는이 분위기에서 물질의 기본 양자 특성 중 일부가 나타날 수 있습니다. Wilczek은 실험에서 확인되면이 현상은 양자 역학의 거시적 결과 중 하나 일뿐 만 아니라 새로운 재료를 탐색하는 강력한 도구가 될 수 있다고 말했다.
Urbana-Champaign의 일리노이 대학교 (University of Illinois)의 요약 이론가 인 테일러 휴즈 (Taylor Hughes)는“이런 일이 일어날 수 있는지 물어 보면 합리적인 아이디어처럼 보였을 것입니다. 그러나 그는 덧붙였다.“그 효과가 매우 작다는 것을 상상할 것입니다. 그러나 새로운 분석에서 Jiang과 Wilczek은 원칙적으로 양자 대기 효과가 탐지 범위 내에있을 것이라고 계산했습니다.
Wilczek은 그뿐만 아니라 그러한 효과를 감지하는 것은 나중에 더 빨리 달성 될 수 있다고 말했다.
영향 영역
Wilczek은 양자 분위기가 물질 주위의 얇은 영향 영역이라고 설명했다. 양자 역학에 따르면 진공은 완전히 비어 있지 않습니다. 오히려 양자 변동으로 가득 차 있습니다. 예를 들어, 2 개의 하전되지 않은 플레이트를 가져 와서 진공 상태로 가져 오면 판 사이의 거리보다 짧은 파장이있는 양자 변동만이 그들 사이에서 짜낼 수 있습니다. 그러나 플레이트 외부에서는 모든 파장의 변동이 적합 할 수 있습니다. 외부의 에너지는 내부보다 커질 것이므로 플레이트를 함께 밀어 넣는 순 힘이됩니다. Casimir 효과라고 불리는이 현상은 양자 분위기의 영향과 유사하다고 Wilczek은 말했다.
접시가 다른 것들에 가까워지면서 더 강한 힘을 느끼는 것처럼, Needlelike 프로브는 물질에 접근 할 때 양자 대기의 영향을 느낄 것입니다. Wilczek은“이것은 분위기와 같습니다. "당신은 그것에 가까워지고 그 영향을보기 시작합니다." 그리고 그 영향의 특성은 재료 자체의 양자 적 특성에 달려 있습니다.
이러한 속성은 특별 할 수 있습니다. 특정 재료는 최근 자료를 다수라고 불리는 것처럼 자신의 물리 법칙을 가진 자신의 우주처럼 행동합니다. Johns Hopkins University의 응축 물리학자인 Peter Armitage는“현대의 응축 물질 물리학에서 매우 중요한 아이디어는 우리 가이 자료들, 즉 토폴로지 절연체를 보유하고 있다는 것입니다.
예를 들어, 일부 재료, 예를 들어, 자기 독점 역할을하는 항구 물체는 북극이지만 남극이없는 포인트 같은 자석. 물리학 자들은 또한 분수 전기 전하와 자신의 반물질로 작용하는 분수 전하와 준 사파르를 갖는 소위 준 입자를 감지했습니다.
.유사하게 이국적인 특성이 다른 물질에 존재한다면, 양자 대기에서 자신을 드러낼 수 있습니다. Wilczek은 원칙적으로 재료의 분위기를 조사하여 모든 종류의 새로운 속성을 발견 할 수 있다고 말했다.
Jiang과 Wilczek은 그들의 아이디어를 보여주기 위해 Axion Electrodynamics라는 정통 규칙 세트에 중점을 두어 독특한 특성을 일으킬 수 있습니다. Wilczek은 1987 년에 Axion이라는 가상의 입자가 전기 및 자기와 상호 작용하는 방법을 설명하기 위해 이론을 고안했습니다. (물리학 자들은 이전에 물리학의 가장 큰 미해없는 질문 중 하나에 대한 해결책으로서 Axion을 제안했습니다. 왜 강한 힘과 관련된 상호 작용이 왜 입자가 반 입자와 교환되고 거울에 반영된 경우에도 소위 충전과 패리티 대칭을 보존 할 때에도 동일합니다.
이러한 규칙은 대부분의 우주에서 유효하지 않은 것처럼 보이지만 토폴로지 절연체와 같은 재료 내부에서 작용할 수 있습니다. Wilczek은“전자기장이 토폴로지 절연체라고 불리는 새로운 종류의 물질과 상호 작용하는 방식은 기본적으로 축 모음과 상호 작용하는 방식과 동일하다”고 말했다.
다이아몬드 결함
토폴로지 절연체와 같은 재료가 Axion 전기 역학을 준수하는 경우, 양자 대기는 대기로 가르는 모든 것에 대한 영향을 유발할 수 있습니다. Jiang과 Wilczek은 이러한 효과가 자기장의 효과와 유사 할 것이라고 계산했습니다. 특히, 그들은 당신이 대기에 원자 나 분자 시스템을 배치한다면, 양자 에너지 수준이 변경 될 것임을 발견했습니다. 그런 다음 연구원은 표준 실험실 기술을 사용하여 이러한 변경된 수준을 측정 할 수있었습니다. Armitage는“이것은 일종의 독창적이지만 매우 흥미로운 아이디어입니다.
이러한 잠재적 시스템 중 하나는 NV (Nitrogen-Vacancy) 센터 (NV) 센터 (NV) 센터 (NV)라고 불리는 기능이 포함 된 다이아몬드 프로브입니다. NV 중심은 다이아몬드의 결정 구조에서 다이아몬드의 탄소 원자 중 일부가 질소 원자로 교환되고 질소에 인접한 지점이 비어있는 결함입니다. 이 시스템의 양자 상태는 매우 민감하므로 NV 중심은 매우 약한 자기장조차도 스니핑 할 수 있습니다. 이 속성은 지질학 및 생물학의 다양한 응용 분야에 사용할 수있는 강력한 센서를 만듭니다.
휴즈는“이것은 원칙의 좋은 증거입니다. 그는 한 응용 프로그램이 재료의 속성을 매핑하는 것이라고 덧붙였다. 토폴로지 절연체와 같은 재료를 가로 질러 NV 중심을 통과시킴으로써 그 특성이 표면을 따라 어떻게 변할 수 있는지 결정할 수 있습니다.
Jiang과 Wilczek의 논문. , Axion 전기 역학에서 파생 된 양자 대기 영향만을 자세히 설명합니다. Wilczek은 다른 종류의 속성이 분위기에 어떤 영향을 미치는지 결정하려면 다른 계산을해야한다고 말했다.
파손 대칭
기본적으로, 양자 분위기를 마스킹하지 않는 특성은 대칭입니다. 물질의 다른 단계와 단계에 고유 한 특성은 대칭 측면에서 생각할 수 있습니다. 예를 들어, 고체 결정에서, 원자는 동일한 결정 패턴을 형성하기 위해 이동 또는 회전하는 대칭 격자로 배열된다. 그러나 열을 적용하면 결합이 파괴되고 격자 구조가 무너지고 재료 (이제 현저하게 다른 특성을 가진 액체)가 대칭을 잃습니다.
재료는 대부분의 물리 법칙이 순종하는 시간 반전 대칭과 같은 다른 기본 대칭을 깨뜨릴 수 있습니다. 또는 거울을 볼 때 현상이 다를 수 있습니다. 패리티 대칭을 위반합니다.
이러한 대칭이 재료에서 파손되는지 여부는 이전에 알려지지 않은 상 전이 및 잠재적으로 이국적인 특성을 의미 할 수 있습니다. Wilczek은 특정 대칭이 부서진 재료는 양자 분위기 내부의 프로브에서 동일한 위반을 유도 할 것이라고 말했다. 예를 들어, Axion 전기 역학에 부착되는 물질에서는 시간과 패리티 대칭이 각각 깨졌지만이 둘의 조합은 그렇지 않습니다. 재료의 분위기를 조사함으로써,이 대칭 중심의 패턴을 따르는 지 여부와 어느 정도까지, 그리고 그 기이 한 행동이 어떤 기괴한 행동을할지 알 수 있습니다.
."일부 재료는 우리가 알지 못했고 의심하지 않은 대칭을 비밀리에 깨뜨릴 것"이라고 그는 말했다. "그들은 매우 결백 해 보이지만 어떻게 든 비밀리에 숨어있었습니다."
Wilczek은 이미 아이디어를 테스트하는 데 관심이있는 실험가들과 이야기를 나누고 있다고 말했다. 또한 실험은 쉽게 실현 가능해야하며, 몇 년이 아니라 몇 주 만에 결실을 맺을 수 있기를 바랍니다.
.모든 것이 잘되면,“양자 대기”라는 용어는 물리 어휘집에서 영구적 인 지점을 찾을 수 있습니다. Wilczek은 이전에 Axions, Anyons (양자 컴퓨팅에 유용 할 수있는 준 사육장) 및 시간 결정 (에너지를 사용하지 않고 규칙적이고 반복되는 패턴으로 이동하는 구조)과 같은 용어를 이전에 만들었습니다. Armitage는 말했다. “ '양자 대기'는 또 다른 좋은 분위기입니다. "
