HZB 연구원들은 열 홀 효과에서 100 마이크로켈빈만큼 작은 온도 변화를 정확하게 측정할 수 있는 혁신적인 기술을 개발하여 열 잡음으로 인한 이전 한계를 극복했습니다. 이 기술을 티탄산테르븀에 적용함으로써 팀은 일관되고 신뢰할 수 있는 결과를 생성하는 효과를 입증했습니다. 열 홀 효과 측정의 이러한 발전은 양자 물질의 응집성 다중 입자 상태의 거동, 특히 포논으로 알려진 격자 진동과의 상호 작용에 대한 정보를 제공합니다.
양자물리학의 법칙은 모든 물질에 적용됩니다. 그러나 소위 양자 물질에서는 이러한 법칙이 특히 특이한 특성을 만들어냅니다. 예를 들어, 자기장이나 온도의 변화는 대격변, 집단 상태 또는 준입자를 유발할 수 있으며, 이는 이국적인 상태로의 상전이를 동반합니다. 데이터를 이해하고 관리하고 제어할 수 있는 한 다양한 방식으로 활용될 수 있습니다. 예를 들어 미래의 정보 기술에서는 최소한의 에너지 요구 사항으로 데이터를 저장하거나 처리할 수 있습니다.
열 홀 효과(THE)는 응축 물질의 이국적인 상태를 식별하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 효과는 열 전류가 샘플을 통과하고 수직 자기장이 적용될 때 생성되는 작은 측면 온도 차이에 기반합니다(그림 2 참조). 열 홀 효과를 정량적으로 측정함으로써 우리는 이국적인 자극과 일반적인 행동을 구별할 수 있습니다.
열 홀 효과는 스핀 액체, 스핀 아이스, 고온 초전도체의 모상, 극성이 강한 물질 등 다양한 물질에서 관찰됩니다. 그러나 샘플의 온도 구배에 수직인 열 차이는 매우 작습니다. 일반적인 밀리미터 규모 샘플에서 열 차이의 범위는 마이크로켈빈에서 밀리켈빈까지입니다. 지금까지는 측정 전자 장치와 센서에서 발생한 열이 이러한 효과를 가리기 때문에 이러한 열 차이를 실험적으로 감지하는 것이 어려웠습니다.
Klaus Habicht 박사가 이끄는 팀이 이제 선구적인 작업을 수행했습니다. HZB Sample Environment의 전문가들과 함께 다양한 극저온 자석에 삽입할 수 있는 모듈형 구조의 새로운 샘플 로드를 개발했습니다. 샘플 헤드는 용량성 온도 측정을 사용하여 열 홀 효과를 측정합니다. 이는 특별히 제작된 마이크로커패시터의 온도에 따른 정전 용량 특성을 활용합니다. 전문가들은 이 장치를 사용하여 여러 가지 혁신을 통해 센서와 전자 부품을 통한 열 전도를 크게 줄이고 간섭 신호와 소음을 줄이는 데 성공했습니다. 이 측정 방법을 검증하기 위해 그들은 자기장 하에서 다양한 결정 방향의 열전도도가 잘 알려진 테르븀 티타네이트 샘플을 분석했습니다. 측정된 데이터는 문헌과 잘 일치합니다.
제1저자인 Danny Kojda 박사는 다음과 같이 말했습니다. "밀리켈빈 미만 범위의 온도 차이를 해결하는 능력은 저를 매료시켰으며 양자 물질을 더 자세히 연구하는 데 핵심입니다. 이제 우리는 정교한 실험 설계, 명확한 측정 프로토콜 및 정밀한 분석 절차를 개발하여 고해상도와 재현 가능한 측정 결과를 얻었습니다."
부서장인 Klaus Habicht는 다음과 같이 덧붙입니다. "우리의 작업은 미래의 낮은 샘플 온도 장비의 분해능을 더욱 향상시키는 방법에 대한 정보도 제공합니다. 관련된 모든 사람, 특히 샘플 환경 팀에 감사의 말씀을 전하고 싶습니다. 실험 설정이 HZB 인프라에 단단히 통합되고 권장되는 업그레이드가 구현되기를 바랍니다."
Habicht의 연구 그룹은 이제 열 홀 효과 측정을 사용하여 양자 물질의 격자 진동 또는 포논의 위상학적 특성을 연구할 예정입니다. "열 홀 효과의 미세한 메커니즘과 이온 결정의 산란 과정의 물리학은 완전히 이해되지 않았습니다. 흥미로운 질문은 왜 비자성 절연체의 전기적으로 중성 준입자가 자기장에서 편향되는지입니다"라고 Habicht는 말합니다. 이 새로운 도구를 통해 연구팀은 이제 이 질문에 대답하기 위한 전제 조건을 갖췄습니다.
컴파일된 소스: ScitechDaily