고체인데 액체처럼 흐르는 신기한 상태의 초고체를 2차원화하는데 성공

우리가 인식하는 세계에서는 물질은 '고체' '액체' '기체'의 세 가지 상태가 존재한다는 것이 상식이지만, 극저온 고압이라는 특수한 환경에서는 고체이면서도 액체처럼 행동하는 '초고체'라는 상태가 존재한다는 것이 확인 되었습니다.

이 초고체 상태에 대해서 오스트리아 과학 아카데미 양자 광학 양자 정보 연구소의 연구팀이 새롭게 '초고체 상태를 2 차원화하는 것에 성공했다'라고 보고했습니다.

물질은 온도나 압력에 의해 상전이가 생기는데 예를 들어 액체인 물은 0도를 경계로 고체에서 액체로 전이되고 100도를 경계로 액체에서 기체로 전이됩니다.

이런 상전이에 관해 헬륨 4를 절대 영도 부근까지 냉각시키면 헬륨 원자의 집합이 파동으로서의 행동을 보이게 되어 고체임에도 불구하고 유체만이 나타내는 것으로 생각되던 '초유동'이라는 성질이 발현되는 것이 확인 되었습니다.

이번 새롭게 오스트리아 과학 아카데미 양자 광학 양자 정보 연구소의 Francesca Ferlaino 교수들이 달성한 것은 이 초고체의 '2차원화'입니다.

2017년에 취리히 공과대학 연구팀과 매사추세츠 공과대학 연구팀이 각각 "극저온 양자기체를 사용하여 초고체를 달성했다"고 보고하였는데, 이 두 팀의 실험으로 생성된 초고체는 각 원자에 의해 형성된 액체가 일렬로 늘어선다는 '일차원적'상태 였습니다.

이번에 Ferlaino 교수팀은 광학핀셋으로 매단 디스프로슘 164 집합을 레이저 냉각에 의해 절대 영도 부근까지 냉각시킨 뒤 광학핀셋을 약간 느슨하게 풀어 가장 에너지가 높은 원자가 유동할 수 있을 만큼 틈을 벌리는 방법으로 여러 줄의 초고체 상태를 만들어내어 초고체 2차원화를 달성하였습니다.

그동안 1차원 초고체로는 '실제로 초고체 여부를 판정하기 어렵다'는 문제점이 있었습니다.

하지만 2차원 초고체로는 1차원 상태로는 불가능했던 '계 전체를 비틀어 고체에서 가질 수 없는 관성 모먼트를 갖고 있는지를 알아본다'는 판정 기법을 채택할 수 있기 때문에 초고체 관련 연구를 비약적으로 발전시킬 것으로 기대되고 있습니다.

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