(읽기 2분 30초)
90년 전 물리학자 한스 베테(Hans Bethe)는 특정 결정체가 여기 될 때 복잡한 줄무늬 모양의 자기 패턴을 보인다고 가정했다.
처음으로 크리스탈 자성 줄무늬 존재를 실험으로 증명.
Bethe 현(string)의 2, 3개의 사슬을 명확하게 식별하고 에너지 의존성을 결정할 수 있었다. 양자물리가 실험 결과를 얼마나 잘 설명 할 수 있는지 다시 한번 보여준다.

 

결정체의 줄무늬 패턴 :
90년 전 물리학자 한스 베테(Hans Bethe)는 특정 결정체가 여기 될 때 복잡한 줄무늬 모양의 자기 패턴을 보인다고 가정했다. 연구원들이 최근 실험적으로 이러한 ‘베테 스트링(Bethe-String)’을 입증하는 데 성공했다. 중성자 빔의 도움으로 감지된 상태는 베테Bethes 예측과 양자 물리학의 중요한 기초를 확인하게 됐다. 저널 Nature Physics에 보고된 내용이다.

▲ 일반적으로 외부 자기장에 대해 정렬된 자기 스핀은 절대 서로 옆에 있지 않다. 그러나 90 년 전에 가정된 Bethe-String에서는 사슬 (흰색)을 형성gks다. © HZB

우리 주변 대부분의 고체는 결정체다. 즉, 원자나 분자의 복잡한 규칙적인 배열.
이러한 격자의 각각 유형과 그 결합에 따라, 여러 가지 신비한 상호 작용, 준입자 및 심지어 완전히 새로운 물질 상태가 나타난다. 이러한 상태와 관련된 수많은 입자와 복잡성으로 인해 물리학자는 다 물체 상호 작용에 대해서 말한다.

크리스탈의 자기 "얼룩말 줄무늬"

물리학자 한스 베테(Hans Bethe)는 1931년에 신비스러운 ‘다물체 상태’중 하나를 가정했다. 그는 격자가 3차원이지만 결정이 한 방향으로 만 자기적 상호작용을 하는 결정을 설명했다.
그것들은 자기적으로 1차원이다. 이웃하는 크리스탈 구조 블록의 자기 쌍극자 모멘트가 반대 방향을 가리키기 때문에, 이 고체는 특정 조건(소위 Bethe-String)에서 줄무늬형 자기 여기 패턴을 나타낼 수 있다.

그러나 문제는 "그러한 경우에도 표준 실험 방법으로는 이러한 줄무늬를 감지할 수 없다"라고 베를린 헬름홀츠 재료, 에너지 센터Helmholtz Center Berlin의 아누프 쿠마르 베라와 동료 는 설명했다. 베테-스트링이 불안정하고 약한 스펙트럼 사인이 시스템의 다른 기능으로 덮여 있기 때문이다.

중성자 빔과 강한 자석으로 감지

연구자들이 최근 처음으로 이러한 현을 실험적으로 증명하는 데 성공했다.
이것은 강한 자기장 영향하의 중성자 산란실험으로 가능해졌다. Bera와 그의 동료들은 스트론튬-코발트-바나듐 산화물로부터 결정을 처음으로 생산했다. 이 결정의 코발트 원자만이 자기 모멘트를 가지기 때문에 모두 결정축을 따라 정렬된다. 물질은 자기적으로 1차원이다.

연구진은 이 결정을 강한 중성자 빔에 넣고 최대 25.9 Tesla의 강한 자기장에 노출시켰다.
이러한 조건하에서, 코발트 원자의 자기 쌍극자 모멘트는 인접 모멘트가 서로 상쇄되도록 정렬된다. 결과적으로, 측정 결과에 나타난 바와 같이 Bethe에 의해 가정된 스트라이프 패턴이 나타난다.

90년 후 확인

연구진은 “우리의 연구는 특징적인 분포 관계를 밝혀내고 멀티 바디-베테-스트링 상태를 명확하게 식별한다.”고 강조했다. 베라의 동료 벨라 레이크(Bella Lake)는 “실험 데이터는 이론과 잘 일치한다. Bethe 현(string)의 2, 3개의 사슬을 명확하게 식별하고 에너지 의존성을 결정할 수있었다. 이 결과는 양자 물리가 실험 결과를 얼마나 잘 설명 할 수 있는지 다시 한번 보여준다.”고 말했다.

Hans Bethe에 의해 예측된 그러한 결정의 신비로운 자기 행동이 90년이 지나서 실험적으로 입증됐다. 연구원들은 이제 그들의 돌파구가 유사한 시스템에서 이러한 상태에 대한 추가 연구를 시작하기를 희망하고 있다.
(Nature Physics, 2020; doi : 10.1038 / s41567-020-0835-7)
자료 : Helmholtz Center Berlin for Materials and Energy GmbH

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]