과학 소식_초전도와 자기장

네이쳐 피직스입니다. 역시 제목을 잘 뽑아야 합니다. 이 정도면 적당히 도발적이죠: "Extreme magnetic field-boosted superconductivity". 초전도는 자기장과 사이 않좋은 거 다들 알고 계시죠? 그런데 "자기장 뽐뿌를 받는 초전도"라는 제목이라니요. 저자가 논문에 밝히듯이 아주 예외적인 경우에만 초전도와 자기장이 사이가 좋아져서 re-entrant 초전도 현상을 보이곤 한답니다. 그런데 UTe3라는 물질에서 여러개의 고자기장 re-entrant 초전도 상을 발견했다고 하고 65T는 이러한 re-entrant 초전도 상이 발견된 가장 높은 자기장이랍니다. 근데 이 물질은 spin-triplet 초전도체네요? (사실 그러면 좀 이야기가 다르긴 한디...) 암튼 재미있네요. 언제 한번 연구해볼 기회가 있으면 좋겠습니다. 메릴랜드 친구들이 NHMFL 이용해서 썼네요.


과학 소식_액시온 연구

Axion을 찾았다고 하니 네이처 본지에 실리는군요. 전 죽기 전에 네이처에 쓸 수 있을까요? 제 목표는 PRL 쓰고 은퇴하기 였지만, 요즘 논문 인플레가 심해진 듯 하여 네이처 쓰고 은퇴하기로 바꿨습니다. 액시온은 42년 전에 스탠다드 모델에서 기본 입자로 예측된 물질인데 가속기가 아니라 고체 내에서 발견되네요. 

Axion 부도체는 Weyl 반금속이 CDW를 이루면 생겨나는 correlated topological phase입니다. 이때 CDW의 sliding mode인 phason이 axion에 해당하게 된다고 하네요. Weyl 반금속인 (TaSe4)2I라는 일차원 물질은 상온에서는 Weyl fermion들이 전류를 흐르게 한하는데요 온도를 조금만 낮추면 이 Weyl fermion들이 결정으로 응집, 즉 CDW를 보이고, 시스템은 Axion 절연체가 된다고 합니다. 이 시스템에서는 전자 대신에 Axion이 전류를 흐르게 하는데, 흥미롭게도 이들은 전기장이나 자기장을 평행으로 걸어줬을 때 magnetoelectric current에 비정상적인 positive contribution을 나타낸다고 하네요. 드레스덴에 있는 MPI 화학 그룹이 소개합니다.


과학 소식_기타 연구

"Ir 연구하던 사람들 집중!"이라는 논문이 있길래 소개해본다. SrIrO3랑 LaNiO3 superlattice를 unit-cell scale로 만들었더니 놀랍게도 Ir에서 Ni로 massive interfacial charge transfer가 관측이 되었으며 이게 Ir에서 SOC을 없애버렸다고 한다. 아...charge transfer가 그렇게 중요한 거였구나...깨달으면서 패스.


Aharanov-Bohm effect 기억하시는 분? 입자가 (교환가능한) Abelian guage field에 놓여지면 같은 패스를 다른 방향으로 지나갈 경우 위상차가 생겨나게 되며 이게 AB effect였던 걸로 기억한다. Non-Abelian guage field의 경우는 이 패스의 순서조차 문제가 된다. 참고로, guage field는 우리가 물리계에서 interaction을 이해하는데 중요한 역할을 하는데 이 field에는 두가지 종류가 있다. Abelian은 observable parameter에 field가 적용되는 순서가 바뀌어도 측정되는 결과가 바뀌지 않고 non-Abelian은 그렇지 않은 것이다.

Real-space에서 이 guage field의 구현은 지금까지는 Abelian에 국한되어 있었는데 여기 MIT 그룹들이 사이언스에 낸 논문에서 그들은 실험적으로 non-Abelian gauge field를 구현했고 non-Abelian AB effect까지 관측했다고 한다. 어떻게 했냐고 물으면... "Yang et al. generated non-Abelian gauge fields by cascading multiple nonreciprocal optical elements and verified this accomplishment by the observed interference patterns in a Sagnac interferometer."... 이렇게 했다고 한다. Gauge field라는 이름은 항상 상상력을 자극하는 단어라서 그냥 올려본다.




과학 소식_Kitaev 연구

자기 모먼트를 벌집 모양 격자에 올려놓고 bond-dependent Ising interaction을 주면 Kitaev spin liquid라는 재미있는 물질 상태가 만들어집니다. Na2IrO3 라던지 alpha-RuCl3 같은 시스템은 Kitaev spin liquid에 근접한 상태로 여겨지지만 반강자성 기저 상태에서 오는 bosonic spinwave 때문에 연구가 쉽지는 않습니다. 

McMaster의 Imai와 Rice 대학의 Singer 등이 최근에 PRX에 낸 논문에서는 Cu2IrO3 물질에서 Cu NMR을 통해 S=1/2 Ir4+의 스핀 엑시테이션을 연구했네요. Na2IrO3와는 다르게 long-range order를 향한 critical slowing-down이 관측되지 않았다고 하네요.또한 스핀 엑시테이션이 Ising interaction에 해당한느 큰 에너지 갭을 가짐을 보였는데, 이게 Kitaev spin liquid 시스템에서 Majorana fermion의 시그너쳐라고 하니 흥미롭네요. 이 분야도 저희 연구단이 한번 해볼만 하겠는데요.




과학 소식_초전도 연구

스탠포드 사람들이 사이언스에 쓴 논문입니다. 교신 저자가...Devereaux? 데버레옥스? 구글에 쳐보니 "데버로" 비슷하게 발음 하면 되는 것 같습니다. 지금까지는 Hubbard 모델이 구리 초전도체를 설명하는데 널리 쓰이기는 하지만 진짜로 초전도를 서포트하는지는 증명하기가 쉽지 않았는데, 이 저자들이 계산법을 잘 갈고 닦아서 Density Renomalization Group을 아주 큰 스케일로 실행, CDW와 초전도 사이의 관계를 보입니다. 중요한 결론은 Next-Nearest-Neighbor hopping 값인 t'이 중요하다는 겁니다. t'이 존재하면 초전도가 CDW나 SDW와 공존할 수 있는 반면, t'=0의 경우에는 CDW나 SDW만 살아남고 초전도가 사라진다고 하네요. 철초전도에서도 NNN exchange가 중요한 걸로 보였던 걸 기억하면 재미있는 결과네요. 일반적인 square lattice에서도 성립하는 이야기일까요? 요즘 CDW와 SC 사이 관계가 다시 재조명을 받고 있는데 이 논문이 좋은 생각할 거리를 던져주리라 봅니다.


위에서 CDW와 SC의 관계가 재조명을 받고 있다고 했죠? MPM Dean 이 사람 요즘 이 분야에서 엄청 활발하네요, 또 PRX에 냈습니다. 앗, 뭔가 재미있는 스토리 같은데요. LBCO를 RIXS로 연구해서 temperature/doping dependent CDW를 발견했네요. 그것도 온도를 내림에 따라 두 단계가 되는 걸 발견했다고 합니다?! 첫번째는 quasi-incommensurate precursor CDW입니다. 이 놈은 doping-independent하고 phonon이랑 연관된 CDW phase 모드에서 기원한다네요. 게다가 strongly doping-dependent한 저온 CDW 모드에 "seed"한다고 합니다. 꼭 읽어볼 논문인 듯 합니다.


마지막은 좀 특이한 논문인데요, photoexcitation을 이용해서 초전도 Tc를 올리는 이야기입니다 (저만 몰랐지 이미 널리 퍼진 이야기 같네요). 구리 초전도에서 이미 lattice modulation를 수반하는 Tc의 증가가 제안되었던 것 같은데, 이 저자들은 FeSe에서 ultraviolet 펄스를 이용해서 time- and angle- resolved PES를 관측하였습니다. Tc 한참 위에서 초전도 상태를 뒷받침하는 동적 상태를 50fs에서 800ps 사이에서 측정했다고 하네요. Photoinduced phenomena는 항상 신비로운 듯 합니다. 일본 그룹이 Communication Physics라는 저널에 썼는데요, 마지막 저자 이름이 Shik Shin이네요. 언제 한번 명륜진사갈비집에 모시고 가보고 싶습니다.





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