미래의 전자기술은 독특한 소재의 발견에 달려있습니다. 그러나 때로는 자연적으로 형성된 원자의 토폴로지로 인해 새로운 물리적 효과를 생성하기가 어렵습니다. 이 문제를 해결하기 위해 취리히 대학의 과학자들은 이제 한 번에 원자 하나씩 초전도체를 엔지니어링하여 새로운 물질 상태를 만드는 데 성공했습니다.
미래의 컴퓨터는 어떤 모습일까요? 어떻게 작동하나요? 이러한 질문에 대한 답을 찾는 것이 기초 물리학 연구의 주요 원동력입니다. 고전 전자공학의 추가 개발부터 뉴로모픽 컴퓨팅 및 양자 컴퓨터에 이르기까지 여러 가지 가능한 시나리오가 있습니다.
이러한 모든 접근법의 공통점은 새로운 물리적 효과에 기반을 두고 있다는 점이며, 그 중 일부는 지금까지 이론적으로만 예측되었습니다. 연구자들은 이러한 효과를 만들기 위해 최첨단 장비를 사용하여 새로운 양자 물질을 찾기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 하지만 자연적으로 발생하는 적합한 물질이 없다면 어떨까요?
Nature Physics에 발표된 최근 연구에서 UZH 교수 Titus Neupert의 연구 그룹은 독일 할레에 있는 Max Planck Institute of Microstructure Physics의 물리학자들과 긴밀히 협력하여 가능한 해결책을 제안했습니다. 연구진은 필요한 재료를 원자 단위로 스스로 생성합니다.
그들의 연구는 저온에서 저항이 전혀 없기 때문에 특히 흥미로운 새로운 초전도체에 중점을 두고 있습니다. "이상적인 자석"이라고도 불리는 초전도체는 자기장과의 특별한 상호 작용으로 인해 많은 양자 컴퓨터에 사용됩니다. 이론 물리학자들은 다양한 초전도 상태를 연구하고 예측하는 데 수년을 보냈습니다. "그러나 지금까지 물질에서 확인된 초전도 상태는 소수에 불과합니다."라고 Neupert 교수는 말했습니다.
흥미로운 협력을 통해 하버드 연구진은 새로운 초전도 단계를 생성하기 위해 원자가 어떻게 배열되어야 하는지 이론적으로 예측했으며, 그런 다음 독일 팀은 관련 토폴로지를 달성하기 위한 실험을 수행했습니다. 그들은 주사 터널링 현미경을 사용하여 원자 정밀도로 원자를 올바른 위치로 이동하고 증착했습니다.
시스템의 자기 및 초전도 특성을 측정하는 데에도 동일한 방법이 사용됩니다. 초전도 니오븀 표면에 크롬 원자를 증착함으로써 연구진은 두 가지 새로운 유형의 초전도성을 만들었습니다. 이전에도 금속 원자나 분자를 조작하기 위해 비슷한 방법이 사용됐지만 지금까지는 2차원 초전도체를 만드는 것이 불가능했다.
결과는 물리학자들의 이론적 예측을 확증했을 뿐만 아니라 이 방법을 사용하여 어떤 다른 새로운 물질 상태가 생성될 수 있는지, 그리고 미래의 양자 컴퓨터에서 어떻게 사용될 수 있는지 추측할 이유를 제공했습니다.