블랙홀 합병 등 은하 간 천체물리 현상을 나노 규모에서 접근 가능한 방법이 제안 됐다.

미국 컬럼비아대(Columbia University)과 캘리포니아대(University of California, San Diego) 과학자들이 양자 물질 탐색과 양자 물리학에 새로운 “다중 메신저(multi-messenger)” 접근을 도입했다. 다중 메신저 광 나노 프로브로 나노 스케일 공간 분해능에서 양자 물성을 띄는 여러 특성을 동시에 조사할 수 있다.

컬럼비아대 나노이니셔티브 드미트리 바소프(Dmitri Basov), 밀스(A.J. Millis), 박사후 연구원 멕레오드(A.S. McLeod), UCSD(UC San Diego) 에버릿(R.A. Averitt) 등이 공동저자로 참여한 관련 논문은 네이처 머티어리얼스(Nature Materials)에 최근 게재됐다.

컬럼비아대 물리학 교수이자 에너지프론티어 연구소 소장 드미트리 바소프(Basov)는 “우리는 은하 간 규모의 기술을 초소형 영역에서 구현하는 기술을 도입했다. 다중 모드 나노 과학을 활용해 누구도 생각할 수 없었던 (우주적)장소를 일상적으로 갈 수 있다”고 말했다.

이 연구는 지난 10년 간 블랙홀 합병과 같은 먼 우주 현상을 연구하기 위한 혁신적 기술로 등장한 다중 메신저 천체 물리학에서 영감을 얻은 것이다. 적외선, 광학, X-선 및 중력파 망원경을 포함한 기기의 동시 측정은 개별 측정치의 합 보다 큰 물리적 이미지를 제공할 수 있다.

전자 반도체에 대한 현재의 의존성을 보완할 수 있는 새로운 재료에 대한 연구는 계속돼 왔다. 레이저 광을 사용해 재료 특성을 제어하면 차세대 컴퓨팅 플랫폼에 향상된 기능, 속도, 유연성 및 에너지 효율성을 제공 할 수 있다. 기존 양자 물질 연구는 한 가지 유형의 분광법을 사용해 얻은 결과를 보고했다.

연구원들은 전기 및 광학 특성을 동시에 검사하기 위해 측정 기술 조합을 사용했다. 연구원들은 자성 물질로 코팅한 바늘 프로브 끝에 레이저 광을 조사해 실험을 수행했다. 금속 산화물 박막에 고유한 변형이 가해지면 초고속 광 펄스로 인해 재료가 나노 미터 규모 영역으로 전환될 수 있으며, 그 변화는 가역적이다.

연구진은 박막 시료 표면에 탐침을 스캔해 국소적 변경을 유발하고 동시에 나노 규모 정밀도로 이러한 광 촉발 도메인의 전자기적 및 광학적 특성을 조작하고 기록할 수 있었다.

이 연구는 변형 및 조정을 통해 예측할 수 없는 특성이 양자 물성 나노 영역에서 나타날 수 있음을 보여준다.

멕레오드(McLeod)는”이러한 나노 위상 물질을 스캐닝 프로브로 연구하는 것은 비교적 일반적이다. 그러나 양자 물성이 나타나는 매우 낮은 온도에서 광학 나노 프로브가 동시에 자기 나노-이미징과 결합된 것은 이번이 처음””이라고 말했다.

*reference:A. S. McLeod et al, Multi-messenger nanoprobes of hidden magnetism in a strained manganite, Nature Materials (2019). DOI: 10.1038/s41563-019-0533-y