Quantum Borderlands의 탐험가

Suchitra Sebastian은 프린지 물리학 자입니다. 크랙 팟이 아닙니다 - 그녀는 캠브리지 대학교에서 강의를하고 Science 에 일련의 논문을 출판했습니다. 및 자연 . 그러나 그녀는 다른 물리학 자들이 이미 탐구 한 물질의 형태들 사이에서 국경 지대에 들어가는 것을 좋아합니다. 물질의 입자가 한 구성에서 다른 구성으로 변하기 시작하는 리무진 공간에서 새로운 양자 효과가 나타납니다. Sebastian은 기쁨으로 말했다.

작년에, 그녀와 그녀의 동료들은 정의에 의해 그러한 움직임을 방해하는 재료 유형 인 절연체를 통해 전자가 반복되는 것으로 보이는 것을 발견했습니다. 사마륨 헥사 보리드 (samarium hexaboride)라는 물질에서 관찰은 여전히 ​​이해되지 않습니다. 그러나 Sebastian은 루핑이 전자가 아니라 완전히 새로운 종류의 아 원자 빌딩 블록 이었다는 한 가지 가능성은

전자 간의 상호 작용은 거의 모든 복잡한 재료의 기본 구성 요소 역할을하는 준파드로 알려진 웨이블 모양의 교란을 만듭니다. 알려진 준 파파질은 더 무거운 버전의 전자처럼 작용하는 경향이 있지만이 경우에는 그렇지 않습니다. 세바스티안은“사마륨 헥사 보리드에서는 전자 자체가 분리 될 가능성이있다”고 말했다. "따라서 전자를 빌딩 블록으로 생각하는 대신, 우리는 전자의 분수 부분을 빌딩 블록으로 생각해야합니다." 이 분수 준파교는 재료의 우주를 이해하는 완전히 새로운 방법을 만들 것입니다.

Sebastian 자신은 매우 다른 세상 사이에서 움직입니다. 과학을 탐구하기 전에 그녀는 경영 컨설턴트로 일했으며 이제 실험실에 있지 않을 때 실험 극장 작품에서 공연합니다. "나는 다른 일을 강하게한다"고 그녀는 말한다. "분석 물리학 측을하는 데 너무 많은 시간을 할애한다면 산소를 훔치는 것과 같습니다." 그녀는 연구에 따르면“라인 안에 그리는 것이 아닙니다. 발견과 창의성에 관한 것입니다.”

Quanta Magazine 그녀의 연구와 과학에 대한 비 전통적인 길에 대해 Sebastian과 이야기했습니다. 인터뷰의 편집 및 응축 버전이 다음과 같습니다.

Quanta Magazine :과학에 완전히 새로운 양자 효과를 검색합니다. 어떻게 찾아야합니까?

Suchitra Sebastian :한 가지 옵션은 많은, 많은, 많은 재료를 보는 것입니다. "나는 매우 다른 일을하는 것을 찾으려고 노력하고 있습니다." 당신은 그것을 찾지 못할 수도 있습니다. 내가 깨달은 것은 외부 조건 (압력, 온도 또는 자기장)을 사용하여 재료를 조작하고 실제로 흥미로운 일을하는 지역으로 옮기고 새로운 양자 특성이 등장 할 수 있다는 것입니다.

그 마법 영역은 어디에 있습니까?

물은 물이거나 얼음이거나 증기 일 수 있습니다. 이것들은 같은 재료이지만 다른 단계에 있습니다. 양자 세계에서는 다른 단계를 가질 수 있습니다. 동일한 재료와 동일한 전자를 가질 수 있지만 상호 작용은 물질이 한 종류의 재료로 구성 될 수 있습니다. 특정 조건에서는 자석을 가질 수 있습니다. 또는 재료에 압력을 가할 수 있습니다. 다음과 같은 방식으로 양자를 구성하고 자석은 초전도체로 변형됩니다. 내가 흥분하는 지역은이 단계 사이의 지역이며, 이는 양자 임계 영역입니다. 한 단계와 다른 단계 사이에서 당신은이 중간 영역을 얻습니다. 여기서 어떤 일이 일어날 지 알 수없고 완전히 새로운 형태의 물질을 가질 수 있습니다.

Quantum Effects를 일으키는 것은 무엇입니까?

전자 상호 작용이 약한 간단한 재료는 전자의 홉 경향 측면에서만 모델링 할 수 있으며, 이는 전체 재료에 걸쳐 평균화 될 수 있습니다. 그러나보다 강력하게 상호 작용하는 재료에서, 각조차와 수조의 전자 사이의 상호 작용으로 인한 반발력은 주위를 돌리는 성향보다 강하다. 이 경우, 결과적인 집단 효과는 예측하기가 거의 불가능하며 개별 전자 거동과 크게 다를 수 있습니다.

작년에, 당신은 사마륨 헥사 보리드 (Samarium Hexaboride)라는 물질에서 예기치 않은 양자 효과를 발견했습니다. 정말 놀라운 것은 무엇입니까?

우리는 금속을 전기를 운반하는 것으로 생각하고 절연체는 그렇지 않다고 생각합니다. 금속의 전자는 장거리로 이동하고 있으며 전기가 흐르고 있습니다. 전기가 흐르는 방식입니다. 절연체에서 전자는 한 위치에 크게 붙어 있습니다. 그렇기 때문에 절연체에서 전기가 운송되지 않는 이유입니다. 사마륨 헥사 보리드는 토폴로지 절연체로 알려진 재료의 부류에있는 것으로 예상되는데, 여기서 전류는 표면에만 흐르고 벌크가 아닌 [재료의 내부].

우리는 샘플에서 측정 한 자화가 전자 실행 궤도의 특징 인 흔들림을 보여주기 시작했을 때 정말 충격을 받았습니다. 우리는 정말 긴 궤도를 이동하는이 전자를보고 벌크에서 나옵니다. 그러나 벌크는 단열되고있다. 그 전자는 간신히 움직이고 있습니다. 그들이이 큰 궤도로 여행하는 것은 어떻게 생각할 수 있습니까?

무슨 일이 일어나고 있습니까?

우리는이 궤도로 이동하는 전자라고 가정하지만 동시에 전자가 움직이지 않기 때문에 전자가 움직일 수 없습니다.

어쩌면 일어나고있는 일은 전자 가이 양자 앙상블에 모일 때 더 이상 개별 전자 측면에서 물리학을 설명 할 수 없다는 것입니다. 가능성은 전자 자체가 분리되었을 가능성이 있습니다. 따라서 전자를 빌딩 블록으로 생각하는 대신 전자의 분수 부분을 빌딩 블록으로 생각해야합니다.

이를 뒷받침하는 새로운 발견 중 하나는이 재료를 통해 열 수송이 있지만 충전이 전달되지 않는다는 것입니다. 따라서 열을 운반하는 스핀의 양자 특성을 운반하는 입자에 대해 생각해야 할 수도 있습니다. 한 가지 가능성은 스핀을 전달하고 충전하지 않는 스피논으로 알려진 중성 준 입자의 한 유형입니다.

전자가 더 이상 기본 빌딩 블록이 아니라는 것이 밝혀지면 매우 충격적입니다. 한 손의 손가락을 신뢰할 수 있습니다.

왜 그렇게 충격적입니까?

물질의 기본 빌딩 블록이 우리가 생각했던 것이 아니라는 것을 알게되면 항상 충격적입니다. 원래 우리는 기본 빌딩 블록이 원자라고 생각했습니다. 그런 다음 아 원자 입자 (중성자, 양성자 및 전자)가 발견되었습니다.

복잡한 재료를 설명 할 때 기본 빌딩 블록을 전자로 생각합니다. 응축 물질 물리학에서 가장 중요한 퀘스트 중 하나는 전자가 분해 된 것처럼 근본적으로 다르게 행동하는 재료를 찾는 것입니다. 즉, 전자와 유사 사파르트가 아니라 전자의 분수 성분을 기반으로 한 준 입자 측면에서 새로운 설명이 필요하다는 것을 의미합니다.

가장 분명한 예 중 하나는 분수 Quantum Hall 효과입니다. 전자 대신 빌딩 블록으로 충전하는 전자 대신 기본 빌딩 블록이 분수 전하를 운반하는 전자의 조각이되는 것을 관찰합니다.

Quanta Magazine의 Philipp Ammon

당신은 또한 다이아몬드 모루로 자석을 압박함으로써“Quantum Alchemy”라고 부르는 과정을 짜서 저항없이 전기를 전기하는 재료 인 초전도체를 만들었습니다. 새로운 유형의 초전도기를 검색하기 위해 어떤 전략을 사용하십니까?

지금까지 기존의 초전도기를 보면 종종 자기와 가깝고 종종 단열에 가깝습니다. 또 다른 유망한 특징은 계층화 된 재료로 결정 구조에서 입방이 아니라 재료는 상당히 2 차원입니다. 결정 구조가 늘어납니다.

중요한 것은 이러한 유망한 특성을 가진 재료를 가져간 다음 압력을 적용하고 비전 도대체에서 초전도체로 이동하는 것입니다. 이 작업을 수행하여 최적의 고온 초전도로 시작하지 않을 것입니다. 그러나 우리가 다른 재료 군에서 여러 초전도기를 만들 수 있다면, 당신은 로드맵을 만들 수있을 것입니다.“이제이 자료의 이러한 특성이 저에게 초전도기를 주었다는 것을 알고 있지만, 다른 속성을 가진 재료로 시작한 다른 것만 큼 좋지 않았습니다.” 패턴을 찾기 시작하면 훌륭한 다리를 줄 수있는 다리를 줄 수 있습니다.

이 최적화는 실제로 무엇으로 이어질 것인가?

방 온도 초전도체의 큰 영향 중 하나는 세계 어디에서나 다른 곳에서 다른 곳에서 다른 곳에서 손실없이 에너지를 운반 할 수 있다는 것입니다. 재생 에너지는 지속 가능한 에너지의 미래의 큰 부분이 될 것입니다. 항상 인식되는 것은 재생 가능 에너지를 운송해야한다는 것입니다. 사하라에는 태양 에너지가 풍부하지만 가장 인구가 많은 도시는 예를 들어 뉴욕에 있습니다. 어떻게 수천 마일에 걸쳐 에너지를 운송 할 건가요? 마법의 지팡이를 흔들고 이상적인 초전도체에 도달하면, 정말 긴 케이블은 생성 된 위치에서 가장 필요한 곳으로 에너지를 가져갈 것입니다. 우리는 재생 에너지를보다 전체적인 방식으로 생각하기 시작할 수 있습니다. 전 세계 그리드를 더 많이 생각하기 시작할 수 있습니다.

과학은 더 많은 초전도기를 찾기에 충분합니까?

새로운 초전도기를 찾기 위해 큰 노력이 있다고 생각하지 않습니다. 이 두 가지 질문이 있습니다. 산화 구리 초전도체를 어떻게 이해 하는가, 이는 주변 조건에서 액체-질소 온도보다 높은 수퍼 방향으로 알려진 재료 제품군 중 하나입니까? 그리고 우리는 어떻게 새로운 초전도기를 창조합니까? 내 인상은 필드의 노력의 약 90 %가 산화 구리 초전도체를 이해하는 방법에 중점을두고 있다는 것입니다. 그것은 정말로 흥미롭고 중요한 영역이지만 새로운 초전도기를 만드는 방법에 대한 노력과 관심이 너무 적다 고 생각합니다. 개인적으로 나는 과학자들이 산업과 파트너 관계를 맺고 있거나, 조립 라인 프로세스의 아이디어에 익숙한 조직과 파트너 관계를 맺어 이러한 발견 프로세스를 가속화해야한다고 생각합니다. 중요한 문제입니다.

업계에서 일하는 경험이 있습니다. 대학에서 물리학을 공부 한 후, 당신은 계속해서 MBA를하고 물리학으로 돌아 오기 전에 몇 년 동안 경영 컨설턴트로 일했습니다. 왜 한동안 과학을 떠났습니까?

물리학을 좋아하고 그것에 대해 열정적 인만큼, 나는 분야 자체가 상당히 단호하다고 생각하며, 그것은 다양하지 않은 경향이 있습니다. 나는 물리학을하는 사람들의 종류를 식별하지 못했습니다. 그들은 매우 재미 있거나 흥미롭지 않은 것 같습니다. 그들이이 작은 세계에 실제로 갇힌 것처럼 보였고, 그들은 그들이 한 일에 대해 많은 것을 알고 있었지만, 나는 그들이 다른 세계와 완전히 접촉하지 않은 것처럼 느꼈습니다. 나는 정말로 내 주변의 모든 것에 다른 방식으로 약혼해야합니다. 세계는 어떻게 작동하고, 경제학은 어떻게 작동하며, 정부는 어떻게 운영됩니까? 저는 우리가하는 일의 사회적 영향에 관심이 있습니다. 나는 실제로 MBA에 신청했고, 물리학에 적용하고, 공학에 적용했으며, 문학에 적용했습니다. 나는 그들 모두와 MBA 인터뷰를 인터뷰했습니다. 그것은 매우 흥미로운 인터뷰였습니다. 이것이 내가 결정한 방법입니다.

그러나 결국 컨설팅을 즐기지 않았습니까?

그들은 당신에게 그것을 상자 밖에서 생각하고 다른 분야의 흥미로운 사람들을 만나는 것으로 당신에게 판매합니다. 그러나 그렇게하는 것은 그것이 그와 같은 생각이 아니라는 것을 깨달았습니다. 더 오래 머무를수록 솔루션을 발견하는 것이 줄어들고 동일한 오래된 솔루션을 네트워크하고 마케팅하려고하는 것이 더 커집니다.

그러나 나는 그것이 의사 소통이 얼마나 중요한지, 청중을 탑승시키는 것이 얼마나 중요한지 알고 있다고 생각합니다. 나는 과학자들이 때때로 그들이 매우 구체적인 것에 대해 많이 알고 있다고 생각하는 데 매우 만족스럽고, 실제로 누군가가 이해하지 못하면 그것이 그들의 문제라고 생각합니다. 그러나 피치를 만들고 고객이 구매하지 않으면 문제입니다. 설득력있는 사건을 만드는 법을 배우는 것은 당신에게 달려있어 사람들을 탑승시킵니다. 그 차이는 실제로 컨설팅 작업에서 나는 평생 동안 그것을하고 싶은 솔루션에 대해 충분히 열정적이지 않았다는 것이 었습니다. 좋지만 세상을 바꾸나요? 아닙니다. 그러나 물리학과 함께 나는 그것에 대해 열정적입니다. 그것은 세상을 혁신 할 수있는 잠재력을 가지고 있습니다.

그래서 당신은 물리학과의 성취를 발견 했습니까?

내 자신의 길을 찾는 데 시간이 걸렸다 고 생각합니다. 나는 그 모든 경험이 필요하다고 생각합니다. 물리학으로 돌아 왔을 때 이제는 내 다른 부분을 모두 유지하고 개발할 수 있습니다. 이제 나는 더 균형 잡힌 사람이 될 수 있고 그 틀에 박힌 물리학자가 아닌 물리학을 할 수 있다는 것을 인식 할 수 있습니다.

물리학은 보드에 방정식을 작성하고 컴퓨터 앞에 앉아있는 것이 아닙니다. 과학은 새로운 세계를 탐험하는 것입니다. 그런 식으로 세상에 다가 갈 사람들이 많이 있지만 물리학이 그것에 관한 것이라는 것을 인식하지 못합니다. 우리는이 사람들을 물리학에 더 많이 끌어 들여야합니다.

당신은“내가 누구인지 내가하는 과학의 중심에 있습니다.”라고 말했습니다. 설명해 주시겠습니까?

나는 종종 사람들이 당신이하는 과학이 당신의 사람에게서 제거된다는 인상을 가지고 있다고 생각합니다. 사람들이 교체 할 수있는 것과 거의 같습니다. 나는 물리학에서 당신이하는 사람이 당신이하는 과학에 필수적이라는 것을 실제로 인식하지 못한다고 생각합니다. 다른 사람들이 물리학하는 방식은 완전히 다릅니다. 나는 대답이 무엇인지 모르는 문제를 고의로 선택하는 매우 탐구적인 물리학을 선택합니다. 그러나 나는 다른 사람들에게는 가설을 증명하기 위해 10 자리를 찾고 있기 때문에 다른 사람들에게는 당신이 엄청나게 조심 해야하는 물리학을해야한다는 것을 알고 있습니다. 우리 주변의 세상에 대해 더 많이 배우려면 다른 방식으로 세상에 와야합니다.

어떻게 더 많은 사람들을 과학에 이끌려고 했습니까?

나는 전에 Soapbox Talks라는 일을 해냈습니다. 우리는 공공 장소로 들어갑니다 - 그것은 과학 버스 킹과 같습니다. 문자 그대로 나무 상자가 뒤집어지고 몇몇 사람들은 보행자와 함께 걷는 보행자와 교류하면서“멋진 과학에 대해 배우고 싶습니까?”라고 말합니다. 사람들은 정말로 그것에 대해 흥분합니다.

여가 시간에는 극장을하고 캠브리지 대학교에서 새로운 과학 건물의 개막을 축하하기 위해 미술 전시회를 주도했습니다. 더 많은 예술 과학 행사를 계획하십니까?

예술을 통해 참여하는 것은 정말 새로운 일입니다. 그러나 나는 그것이 처음으로 얼마나 잘 작동했는지에 대해 정말로 흥분합니다. 우리는 그것을 앞으로 나아가는 것에 대해 대화를 나누고 있습니다. 창의성은 당신이 이질적인 세상을 하나로 모을 때 발생합니다. 당신이 단지 한 가지 일을하고 당신과 매우 유사한 사람들을 만나면, 나는 종종 특정 사고 방식을 강화하고 틀에 박힌 것 같습니다. 그러나 창의성은 어디에서 왔습니까? 서로 다른 접근 방식이 교차 할 때 발생합니다. 나는 물리적 공간이 정말로, 사람들이 모이는 곳, 기회가있는 곳에서 정말로 중요하다고 생각합니다. 나는 단지 어떤 종류의 사일로를 분해하기 위해 이러한 인터페이스와 다공성 경계를 갖는 것이 중요하다고 생각합니다.