불렛타임즈기자 | 2022-09-15
독일 앙스부르크 대학의 물리학자들은 낮은 온도에서의 전기 측정으로 비슷한 자화와 반대로 회전하는 키루 체계를 구별할 수 있게 되었다. 이는 복잡한 자석의 기본 연구 및 자기 데이터 저장장치의 가능한 응용에 대한 중요성을 갖고 있다. 이 연구결과는 Nature Physics지에 게재되었다.
전기전류와 자기 힘은 직접적으로 관련이 있다. 전류를 운반하는 도체는 자기장을 생성하며, 자기장은 전류와 자기장의 방향에 직각으로 충돌하는 전하 입자를 편향시킨다. 이 현상을 “홀 현상”이라고 부르며, 이는 발견자로부터 이름을 따왔다.
홀 현상은 금속의 전기 및 자기 특성을 연구하는 데에 사용된다. “보통의 홀 현상”은 전하 운반자의 농도와 이동성을 결정하는 데에 사용되며, 자석에 나타나는 “이상한 홀 현상”은 별도의 기여를 한다.
앙스부르크 대학 물리학 연구소에서는 이상한 홀 현상이 숨은 대칭성을 드러낼 수 있다는 것이 밝혀졌다. 실험물리학 교수인 Philipp Gegenwart는 “같은 자화력을 갖더라도, 두 상태는 이상한 홀 현상의 완전히 다른 신호를 보이며, 이는 놀랍고 흥미로운 발견입니다”라고 설명했다.
이 연구는 Gegenwart 교수의 연구팀이 4년 전에 발견한 HoAgGe 금속 자석에서 진행되었다. 이 물질은 호륨 원자의 전자 자기스핀의 삼각형 스핀 구성을 특징으로 한다.
각 삼각형에 대한 모든 상호작용 쌍의 동시 완전평형이 불가능하기 때문에 자기적으로 답답한 상태가 발생한다. 각 삼각형에는 에너지적으로 정확도있는 설정이 있으며, 여기서 자성의 가능한 설정을 결정하는 “스핀 얼음”을 형성한다. 자성의 구조는 일본의 가네산과 비슷하게 엉킨 고속도로의 모습과 비슷하다. 물에 대한 일반적인 원리와 마찬가지로 자기력 모멘트의 가능한 구성을 결정한다.
보통의 자석과 달리 스핀 얼음에서는 자기 크기의 방향이 일치되지 않고 복잡한 키루 구조를 가지며, 서로 다른 회전 방향을 가진다. 이는 낮은 온도에서 외부 자기장에서 형성되며, 1/3 값과 2/3 값의 자성을 가진 평면으로 특징 짓는다. 위의 이미지는 에너지와 자성이 유사한 이 두 구조 중 두 가지를 보여준다.
앙스부르크 대학의 연구팀은 낮은 온도에서의 이상한 홀 현상을 체계적으로 연구하고 분석했다. 놀랍게도, 위의 그래프에서 빨간색과 검은색 곡선으로 표시된 두 1/3 자성 구조에 대해 서로 다른 이상한 홀 현상의 값이 발견되었다.
데이터 모델링에 따른 옥외 대칭성이 밝혀졌다: 한 구조를 다른 구조로 변환하기 위해 180도 회전과 왜곡을 반전하는 변환의 조합이 필요하다. 두 구조에 대한 이상한 홀 현상의 차이는 전도 전자가 서로 다른 위상 곡률을 가지기 때문에 발생한다. 이러한 위상 곡률은 비슷한 에너지와 자성을 가진 두 개의 다른 구조에서 발생한다.
보다 일반적으로, 이 관찰 결과는 자석적으로 답답한 금속에서 이상한 홀 현상을 측정하고 전기 측정을 사용하여 숨은 대칭성과 상태를 발견하는 데에 새로운 잠재력을 나타낸다. Gegenwart 교수는 “이는 원자 단위에서의 지속적인 자기 데이터 저장을 위한 맥락에서도 흥미로울 수 있으며”라며 덧붙였다. 하지만 이를 위해서는 구조의 회전 방향을 지역적으로 정확하게 지정하고 선택적으로 변경해야 한다.
FAQ를 기반으로 한 섹션:
1. 앙스부르크 대학 물리학자들은 어떻게 키루 자기 체계를 구별하는가?
앙스부르크 대학 물리학자들은 낮은 온도에서의 전기 측정을 사용하여 비슷한 자화와 반대로 회전하는 키루 체계를 구별한다.
2. 홀 현상은 무엇인가?
홀 현상은 자기장이 전하 입자를 전류와 자기장의 방향에 직교로 충돌시키는 물리 현상이다. 이것은 금속의 전기 및 자기 특성을 연구하는 데에 사용된다.
3. 이상한 홀 현상이 자석에서 어떻게 나타나는가?
이상한 홀 현상은 자석에서 나타나는 별도의 기여이며, 이를 통해 이러한 물질의 자기 특성을 연구한다.
4. 앙스부르크 대학에서는 무엇을 발견했는가?
앙스부르크 대학에서는 자화력은 비슷하지만 회전 방향이 다른 자기 구조에서 이상한 홀 현상이 숨은 대칭성을 드러낼 수 있다는 것이 발견되었다.
5. 이러한 발견들의 응용분야는 무엇인가?
이상한 홀 현상에 대한 연구는 원자 단위에서의 자기 데이터 저장에 응용 가능성을 갖고 있다.
6. HoAgGe 자석의 특징은 무엇인가?
HoAgGe 자석은 특별한 자기 특성을 가지며, 호륨 원자의 전자 자기 스핀의 삼각형 스핀 구성을 특징으로 한다. 이는 자기적으로 답답한 물질이다.
7. 스핀 얼음에서 자기 시간의 구성은 어떤가?
스핀 얼음에서 자기 시간은 회전 방향이 다른 복잡한 키루 구조를 가지며, 평면상의 자성 값인 1/3과 2/3을 가진다.
8. 서로 다른 자기 시간 구조에 대해 이상한 홀 현상은 어떻게 다른가?
서로 다른 자기 시간 구조에 대한 이상한 홀 현상은 에너지와 자성이 유사하더라도 다를 수 있다. 이는 전도 전자의 위상 곡률의 차이 때문이다.
9. 이상한 홀 현상을 측정하는 데에는 어떤 잠재적 응용 가능성이 있는가?
이상한 홀 현상을 측정하는 것은 자기적으로 답답한 금속에서 숨은 대칭성과 상태를 발견하는 데에 적용 가능성을 갖고 있다.
10. 이러한 발견의 구현을 위해 어떤 변화가 필요한가?
이러한 발견의 구현을 위해서는 구조의 회전 방향을 지역적으로 정확하게 선택하고 변경하는 것이 필요하다.
관련 링크:
– phys.org – 물리학과 과학에 대한 뉴스 및 정보를 제공하는 웹사이트입니다.
– nature.com – 위 연구 결과가 게재된 Nature Physics 저널의 웹사이트입니다.
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