전자쌍, 고온 초전도체 구현 가능성 있는 큐프레이트 초전도체에서 발견돼

Seoul오랫동안 연구자들은 초전도체에 관심을 가져왔는데, 그 이유는 이 물질들이 에너지를 잃지 않고 전기를 흐르게 할 수 있기 때문입니다. 이러한 능력은 일부 고속 열차와 같은 기술을 가능하게 합니다. 그러나 보통 초전도체는 매우 낮은 온도에서만 작동합니다. 온도가 상승하면 초전도체의 기능을 잃고 일반적인 도체나 절연체로 변합니다. 최근 연구에서는 처음으로 구리산염이라 불리는 독특한 초전도 물질에서 더 높은 온도에서 전자 짝지음이라는 초전도체의 핵심 특성을 발견했습니다.

연구의 핵심 사항:

• 전자 쌍이 150켈빈까지의 온도에서 관찰되었습니다.
• 전자 쌍이 예상치 못하게 반강자성 절연체에서 발견되었습니다.
• 구리 산화물의 가장 절연성이 뛰어난 샘플에서 쌍 결합이 가장 강했습니다.

SLAC 국립 가속기 연구소, 스탠퍼드 대학교 및 기타 기관의 연구자들이 초전도성에 필수적인 전자 결합 현상을 탐구했습니다. 초전도성이 발생하려면 전자 쌍이 동기화되어 저항 없이 이동해야 합니다. 이번 연구에서는 전자 쌍이 동기화되지 않았기 때문에 제로 저항이 나타나지 않았지만, 더 높은 온도에서 초전도체를 생성할 가능성을 보여주었습니다.

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100년이 넘는 기간 동안 연구자들은 정상적인 초전도체에서 전자들이 물질의 구조 진동 때문에 쌍을 형성한다는 것을 알고 있었습니다. 이러한 물질은 거의 절대 영도에 가까운 매우 낮은 온도를 필요로 합니다. 반면에, 큐프레이트와 같은 비정상 초전도체는 보다 높은 온도, 최대 130 켈빈에서 작동합니다. 과학자들은 이러한 물질에서 전자 쌍 형성의 원인이 무엇인지 확신하지 못했지만, 최근의 발견들은 전자 스핀의 변화가 그 열쇠일 수 있음을 시사합니다.

연구자들은 구리 산화물을 연구하기 위해 자외선을 사용했습니다. 그 결과, 전자 쌍이 150켈빈까지 유지되는 "에너지 갭"을 발견했는데, 이는 이 물질이 초전도체가 되는 25켈빈보다 훨씬 높은 온도입니다. 놀랍게도, 가장 강한 전자 쌍 형성은 절연체 역할을 가장 잘 수행하는 샘플에서 발견되었습니다.

이 연구의 결과는 향후 연구에서 전자 쌍이 함께 움직이는 조건을 변화시키는 데 초점을 맞출 수 있음을 시사합니다. 이는 더 높은 온도에서도 작동하는 초전도체 개발로 이어질 수 있습니다. 이번 연구는 이러한 전자 쌍을 연구하는 새로운 방법을 제공하고, 이들이 효과적으로 작용하도록 함으로써 상온에서 작동하는 초전도체에 한 발짝 더 다가가게 합니다. 이는 에너지 효율성이 높은 전력망과 첨단 양자 컴퓨터를 포함한 현대 기술에 크게 영향을 미칠 수 있습니다.