'자매' 화합물 비교는 초전도 물질의 양자 퍼즐의 열쇠를 가질 수 있습니다

2023년 8월 31일

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코넬대학교 케이트 블랙우드(Kate Blackwood)

수년 동안 물리학자들은 다양한 종류의 초전도 물질에서 발생하는 양자 현상을 설명하려고 노력해 왔습니다. 소위 "이상한 금속"의 전자는 온도의 영향을 받는 방식으로 빠른 속도로 산란됩니다. 특정 비재래식 금속에서 이런 일이 발생하는 이유를 알아내는 것은 물리학자들이 전기 에너지 전달의 보다 효율적인 수단을 위해 오랫동안 추구해온 고온 초전도성을 포함하여 많은 양자 물질 퍼즐의 열쇠를 쥐고 있을 수 있습니다.

코넬 물리학자들을 포함한 연구자들의 국제 협력에 의한 두 개의 새로운 논문에서 이러한 "플랑키적" 산란이 화합물 PdCrO2에서는 발생하는 반면 거의 동일한 "자매" PdCoO2에서는 발생하지 않는 이유를 미시적 수준에서 설명합니다.

전자가 재료의 불완전성과 서로 충돌하는 속도인 플랑크 산란은 온도에 따라 선형적으로 증가합니다. 잘 문서화된 특성을 지닌 매우 깨끗한 결정인 PdCrO2와 PdCoO2의 비교를 사용하여 연구자들은 처음으로 강하게 상호 작용하는 금속에서 신비한 "플랑키안 산란 속도"의 기원에 대한 정량적으로 정확한 설명을 제공합니다.

"자기탄성 산란의 T-선형 저항: PdCrO2에 적용"이 PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences) 8월 28일자에 게재되었습니다.

수많은 이상한 금속에서 전자 충돌 사이의 특징적인 시간은 플랑크 상수와 온도에 의해 결정된다고 예술 과학 대학의 물리학과 조교수인 Debanjan Chowdhury는 말했습니다. 그리고 논문의 공동 저자입니다. 대부분의 알려진 고온 초전도체는 초전도 온도 이상으로 가열될 때 이러한 특성을 나타냅니다.

이것이 바로 고온 초전도의 기원을 이해하는 단서가 이러한 물질 전반에 걸쳐 보편적인 플랑크 시간 규모로 이어지는 공통 스레드를 이해하는 데 있다고 한동안 믿어져 온 이유입니다.

"이 공동 이론과 실험 협력의 동기는 전기 운송과 관련된 모든 특성이 정확하게 알려진 적어도 하나의 물질적 예를 갖고 플랑크 산란 시간의 기원에 대한 미시적 이론을 구축하는 것이었습니다."라고 Chowdhury는 말했습니다.

"내가 아는 한, 이것은 물질의 현미경 모델에서 시작하여 수송에 대한 정량적 이론을 가지고 있는 최초의 비전통적인 화합물 중 하나이며, 이는 이미 실험과 큰 일치를 보이고 있습니다."

이를 매우 효율적인 에너지 사용에 적용하는 데는 큰 위험이 따르기 때문에 그 원인을 이해하기 위해 응집 물질 물리학에 엄청난 노력이 필요하다고 Chowdhury는 말했습니다. "불행한 점은 이러한 초전도 물질이 이론적으로 이해하고 모델링하기가 정말 어렵다는 것"이라고 그는 말했습니다. "그래서 우리의 희망은 먼저 이 현상에 대한 이론을 구축하기 위해 더 간단하고 깨끗하며 잘 특성화된 자료에 초점을 맞추는 것이었습니다."

선택한 물질인 PdCrO2는 Chowdhury가 두 종의 전자를 갖는 "흥미로운 상관 물질"의 전형적인 예라고 부르는 자성 "델라포사이트"(일종의 산화크롬 광물)입니다. 그리고 자성을 나타내는 또 다른 움직이지 않는 전자 세트. PdCrO2의 전자 자기가 핵심입니다. 자매 화합물인 PdCoO2에서는 자성의 힌트가 없다는 점을 제외하면 모든 것이 동일해 보입니다. PdCrO2에서는 전기 수송이 Planckian이지만 PdCoO2에서는 그렇지 않습니다.