양자 물질에서 울트라패스트 전이 시 원자 이동 경로를 밝힌 과학적 연구

Seoul브룩헤이븐 국립연구소의 과학자들이 중요한 발견을 했습니다. 그들은 절연체에서 금속으로 변하는 물질 내에서 원자가 어떻게 움직이는지를 보여주는 최초의 동영상을 제작했습니다. 이 연구는 네이처 머티리얼스 저널에 게재되었으며, 과학자들 사이에서 오랫동안 진행된 논쟁을 해결했습니다.

다음은 주요 내용입니다:

• 새로운 물질 상태 발견
• 원자 쌍 분포 함수(PDF) 분석을 통해 달성
• X선 자유전자 레이저(XFEL) 시설 사용
• 피코초 단위 시간 척도에서 변화 관찰
• 컴퓨팅, 화학, 에너지 저장 분야에서 잠재적 응용 가능성 확보

PDF 기법은 종종 싱크로트론 광원 실험에서 사용됩니다. 이 실험들은 그들이 생성할 수 있는 가장 짧은 X-선 펄스만큼 빠르게 진행될 수 있습니다. 싱크로트론 광원은 분에서 시간까지의 시간 범위에서 재료의 변화를 추적하는 데 효과적입니다. 그러나 연구자들은 피코초 안에 발생하는 변화를 관찰하는 것을 목표로 하고 있습니다.

이 목표를 달성하기 위해 그들은 SLAC 국립 가속기 연구소의 선형 코히런트 광원(LCLS)에서 PDF 기법을 사용했습니다. 이곳은 매우 짧고 강력한 X-선 펄스를 제공합니다. 논문 공동 저자 중 한 명인 잭 그리피스는 이 기법이 빠르게 움직이는 물체를 상세하게 포착할 수 있게 한다고 설명했습니다.

이 방법은 팀이 물질의 상태 변화 시 원자들이 어떻게 움직이는지를 보여주는 영상을 제작할 수 있도록 해주었습니다. 이러한 움직임은 미래에 새로운 물질을 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다.

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어제 · 오후 6:27

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연구자들은 전이 과정에서 새로운 물질 상태를 발견했습니다. 그들은 레이저 펄스가 원자 수준에서 변화를 일으켜 "비평형" 전이가 발생함을 관찰했습니다. 이 발견은 컴퓨팅과 같은 분야에서 중요한데, 이 분야에서는 물질이 다양한 조건에서 안정성을 유지하면서도 필요한 경우 확실하게 상태를 전환할 수 있어야 하기 때문입니다.

연구진은 레이저를 이용해 원자를 타격했으며, 그로 인해 물질 전반에 변화를 일으켰다. 이러한 변화는 일시적인 무질서 상태를 초래했으며, 이는 짧은 시간 동안 지속되었다. 연구진은 이로 인해 아직 발견되지 않은 안정적인 물질이 근처에 있을 가능성이 있다고 생각하고 있다.

콜롬비아 대학교와 아르곤 국립 연구소와 같은 다양한 기관의 연구자들이 협력하여 이 PDF 기법을 XFEL에서 성공적으로 구현했습니다. 그들은 실험에 가장 적합한 빔라인을 신중하게 선택하여 목표를 달성할 수 있었습니다.

이 새로운 PDF 방법은 원자의 움직임과 재료의 상 변화에 대한 정보를 제공합니다. 이는 컴퓨팅 재료, 초전도체, 에너지 저장 등의 분야에 발전을 가져올 수 있습니다. 앞으로의 연구는 다양한 양자 재료에서의 상 변화에 대해 조사할 예정입니다.

LCLS가 LCLS-II-HE로 업그레이드됨에 따라 팀은 더욱 세부적인 연구를 수행할 것으로 기대합니다. 이로 인해 이 기술은 재료과학 분야에서 일반적으로 사용될 것입니다. 이러한 연구 결과는 기존 문제를 해결하는 것뿐만 아니라 새로운 연구와 응용 기회를 창출할 것입니다.