양자 기술의 잠재력은 크지만, 오늘날 대부분 실험실의 극도로 추운 환경에 국한되어 있습니다. 이제, 스톡홀름 대학교, 노르딕 이론 물리학 연구소, 그리고 베니스 카’포스카리 대학교의 연구원들은 어떻게 레이저 빛이 실온에서 양자적 행동을 유도하고 비자성 물질을 자성으로 만들 수 있는지를 처음으로 보여주는데 성공했습니다. 이 돌파구는 더 빠르고 에너지 효율적인 컴퓨터, 정보 전달 및 데이터 저장을 위한 길을 열 것으로 기대됩니다.
수십 년 안에 양자 기술의 발전은 사회의 가장 중요한 여러 분야에 혁명을 일으키고 통신과 에너지 분야에서 완전히 새로운 기술 가능성을 여는 길을 열 것으로 예상됩니다.
이 분야의 연구자들에게 특히 흥미로운 것은 고전 물리학의 법칙에서 완전히 벗어나 물질을 자기 또는 초전도로 만들 수 있는 양자 입자의 독특하고 기이한 특성입니다.
이러한 유형의 양자 상태가 정확히 어떻게 그리고 왜 발생하는지에 대한 이해를 높임으로써 양자역학적 특성을 얻기 위해 물질을 제어하고 조작할 수 있는 것이 목표입니다.
지금까지 연구자들은 극도로 차가운 온도에서만 자성과 초전도와 같은 양자적 행동을 유도할 수 있었습니다.
따라서 양자 연구의 잠재력은 여전히 실험실 환경에 국한되어 있습니다.
이제 스웨덴 스톡홀름대와 북유럽 이론물리연구소(NORDITA)*, 미국 코네티컷대와 SLAC 국립가속기연구소, 일본 츠쿠바 국립재료과학연구소, 엘레트라-신크로트론 트리에스테, 로마의 ‘사피엔자’ 대학, 이탈리아 베네치아의 카’ 포스카리 대학 등의 연구팀은 레이저 빛이 상온에서 비자성 물질에서 어떻게 자성을 유도할 수 있는지를 세계 최초로 실험에서 입증했습니다.
네이처지에 발표된 이 연구에서 연구진은 양자 물질인 스트론튬 티탄산염에 특이한 파장과 편광의 짧지만 강렬한 레이저 광선을 가하여 유도된 자성을 가했습니다.
“이 방법의 혁신은 빛이 이 물질의 원자와 전자를 원운동으로 움직이도록 하여 냉장고 자석처럼 자성을 띠는 전류를 생성하는 개념에 있습니다. 우리는 “코르크스크류” 모양의 편광을 가진 원적외선의 새로운 광원을 개발함으로써 그렇게 할 수 있었습니다. 이것은 우리가 실험에서 어떻게 물질이 상온에서 자성을 띠게 되는지 유도하고 명확하게 볼 수 있었던 최초의 사례입니다. 게다가, 자석이 일반적으로 금속으로 만들어졌을 때, 우리의 접근 방식은 많은 절연체로 자성 물질을 만들 수 있게 해줍니다. 장기적으로, 이것은 사회에서 완전히 새로운 적용을 위한 것입니다”라고 스톡홀름 대학과 베니스 카’포스카리 대학의 연구 리더인 Stefano Bonetti는 말합니다
이 방법은 티타늄과 스트론튬을 기반으로 한 산화물에서 티타늄 원자가 원형으로 편광된 빛과 함께 ‘돌려 올려’지면 자기장이 형성될 것으로 예측하는 ‘동적 다중강성’ 이론에 기초한 것입니다.
하지만 이제서야 이론을 실제로 확인할 수 있습니다.
이 돌파구는 여러 정보 기술에 광범위하게 적용될 것으로 예상됩니다.
NORDITA의 물리학 교수인 Alexander Balatsky는 “이것은 더 빠른 정보 전송과 상당히 더 나은 데이터 저장을 위해 사용될 수 있는 초고속 자기 스위치와 훨씬 더 빠르고 더 에너지 효율적인 컴퓨터를 위해 개방됩니다.”라고 말합니다.
사실, 그 팀의 결과는 이미 여러 다른 실험실에서 재현되었고, 네이처의 같은 호에 실린 한 간행물은 이 접근법이 자기 정보를 쓰고 저장하는 데 사용될 수 있음을 보여줍니다. 빛을 이용한 새로운 물질을 설계하는 새로운 장이 열렸습니다.