예쁜 진한 녹색 새끼손가락을 한 손에 들고 있는 사람을 상상해보십시오. 당신이 가지고 있는 그 얼굴에는 그들의 응용 분야를 확장할 수 있는 양자 과학자들이 경이롭게 할 수 있는 일들이 온 힘을 다하고 있습니다. 예를 들면, 이과학자들은 요즘 매우 인기 있는 반도체 재료인 진주의 백금에 대해 회전한 불완전한 구조의 특성을 탐구하는 연구를 진행하고 있습니다. 그들의 노력은 놀랄 만큼 효과적이었습니다. 하지만, 이 보고서작성자는 그들이 달성한 성과를 더 안내하려고 합니다.
이 연구 팀은 코넬 대학교 공과 대학의 기술과 공학과 과학자인 그렉 푹스 박사를 팀장으로 한 연구 그룹으로 이 핵심 성분을 연구하였고, 인기 있는 반도체인 진주의 디펙트 스핀 특성을 탐색하였다. 그리고 미래의 양자 응용에 있어서 다룰 수 있는데, 그 중 하나는 미래의 기술 핵심 요소가 될 수 있다.
이 그룹의 연구 결과는 박사 과정 학생인 질 루오가 제1저자로 참여한 “GaN 내 단일 스핀의 실온에서의 광학적 탐지된 자기 공명”이라는 제목의 자연재료 연구지에 게재되었다.
다이아몬드와 다른 반도체와 같은 물질에 있는 결함은 양자 센서에서 중요한 역할을 한다. 왜냐하면, 결함은 원자 구성 장애물인 동시에, 때때로 각운동량인 스핀을 가지는 전자를 포함하고 있기 때문에 정보를 저장하고 처리할 수 있다. 이 “스핀 자유도”는 자기장을 감지하거나 양자 네트워크를 만드는 등 다양한 목적으로 활용될 수 있다.
결함은 보통 “색 중심”이라고도 알려져 있으며, 보석에 색을 준다. 예를 들어, 핑크 다이아몬드는 질소-공센터라고 알려진 결함에서 색을 얻는다. 그러나 많은 색 중심들은 흔히 사용되는 여러 물질에서 아직 식별되지 않았다.
Fuchs 박사는 “다이아몬드와 달리, 진주는 성숙한 반도체이다. 고주파 전자 기기용 출렁이 없고, 그 동안 매우 많은 노력이 기울여져 왔다”고 말했다. “웨이퍼 형태로 구입할 수 있으며, 사실 컴퓨터 충전기나 전기 자동차 충전기에 사용될 수도 있습니다. 그러나 양자 결함을 갖는 물질로서 매우 집중적인 연구는 아직 진행되지 않았습니다.”
회전 자유도를 비교하기 위해 진주의 결함을 찾기 위해 Fuchs와 Luo는 Farhan Rana 교수와 박사 과정 학생인 Yifei Geng과 함께 협력했으며, 이들은 이 재료에 대한 연구를 이전에도 진행한 바 있었다.
그룹은 형광 프로브를 사용하여 결함을 식별하기 위해 화강형 분광현미경을 사용하였고, 자성장에 따른 결함 발광율 변화를 측정하고, 작은 자성장을 사용하여 결함 스핀의 공명을 유발하는 일련의 실험을 실온에서 수행하였다.
“초기 데이터는 흥미로운 스핀 구조를 나타냈지만, 우리는 스핀 공명을 유도할 수 없었습니다”라고 루오는 말했다. “이는 결함의 대칭 축을 이해하고 적절한 방향으로 자성장을 가하면 공명을 탐구하는 것이 필요하다는 것으로 나타났습니다. 결과는 해결해야할 더 많은 질문을 제시했습니다.”
실험은 재료에 두 가지 다른 스핀 스펙트럼을 가진 결함이 있다는 것을 밝혀냈다. 한 경우에는 스핀이 중성 상태와 결합되었으며, 다른 한 경우에는 기본 상태와 결합되었다.
후자의 경우, 연구진은 스핀 전환 중에 최대 30%의 발광 변화를 관찰할 수 있었다. 이는 실온에서 양자 회전에 대한 것으로는 드문 큰 명암 대비 변화이다.
“일반적으로 발광과 스핀은 매우 연결성이 약하므로 스핀 투사를 변경하면 발광이 0.1% 또는 아주 매우 작은 변경이 발생할지도 모릅니다”라고 Fuchs는 말했다. “기술적인 관점에서는 이는 좋지 않은 상황입니다. 우리는 빠르고 효율적으로 측정할 수 있는 큰 변화를 원하기 때문입니다.”
그 다음, 연구진은 양자 제어 실험을 실시했다. 그들은 기본 상태의 스핀을 조작할 수 있으며, 양자적 일관성을 가지고 있다는 것을 발견했다. 이것은 양자 통신과 양자 컴퓨팅의 발전에 의미 있는 영향을 줄 수 있다.
FAQ 섹션 – 문서에서 주요 주제와 정보를 기반으로 작성되었습니다:
1. 다이아몬드와 다른 반도체에서의 결함이란 무엇인가요?
결함은 물질 속에서의 원자 구성 장애물입니다.
2. 양자 센서에서의 결함의 응용 분야는 무엇인가요?
스핀 조작을 활용한 결함은 자기장을 탐지하고 양자 네트워크를 만드는 데 사용될 수 있습니다.
3. 어떤 반도체가 연구에서 연구되었나요?
이는 코넬 대학교 연구 그룹이 인기 있는 반도체인 진주에서 연구를 진행하였습니다.
4. 색 중심이란 무엇이며, 왜 중요한가요?
색 중심은 보석의 색을 결정하는 결함으로, 널리 사용되는 물질에서 많은 색 중심이 아직 식별되지 않은 상태입니다.
5. 연구 그룹의 결과는 어떻게 되었나요?
연구자들은 진주에서 서로 다른 스핀 스펙트럼을 가진 두 종류의 결함을 밝혀냈습니다. 실온에서 양자 스핀에 대한 큰 발광 변화가 관찰되었는데, 이는 흔치 않은 현상입니다.
6. 이러한 발견의 잠재적인 응용 분야는 무엇인가요?
기본 상태의 회전이 가능하고 양자 일관성을 유지할 수 있는 사실은 양자 통신과 양자 컴퓨팅의 발전에 영향을 줄 수 있다고 말할 수 있습니다.
7. 앞으로의 연구 방향은 어떻게 될까요?
연구자들은 이러한 결함을 더 잘 이해하고 실용적인 응용 분야에서 그것을 활용하기 위해 더 많은 질문에 대한 해결책을 찾기 위해 고민하고 있습니다.
기사에 사용된 기술 용어와 언어의 정의:
– 결함: 반도체 물질의 구조적 결손.
– 스핀: 결함 내에서 존재하는 전자의 각운동량.
– 스핀 자유도: 회전 내에 저장된 데이터를 조작하는 능력.
– 진주: 널리 사용되는 반도체 물질.
– 색 중심: 보석의 색을 결정하는 결함.
– 양자 비트 (qubit): 양자 통신과 양자 컴퓨팅에서의 정보 단위.
권장 관련 링크:
– Nature Materials: 연구 결과가 게재된 학술 저널
– 코넬 대학교 공과 대학: 연구가 진행된 코넬 대학교 공과 대학의 홈페이지
The source of the article is from the blog macholevante.com