물리학자들은 다양한 금속의 행동을 밝히기 위해 국제적으로 서로 노력하고 있습니다.

물리학자들은 다양한 금속의 행동을 밝히기 위해 국제적으로 서로 노력하고 있습니다.

20세기 전반에 확립된 란다우의 페르미액 이론은 우리 사회에서 금속재료의 과학적 및 산업적 이용의 기초입니다. 그것은 현재의 금속에 대한 우리의 이해의 기초이기도 합니다. 하지만 20세기 후반에 이르러서는 아주 다르게 작용하는 금속재료가 발견되기 시작했습니다. 이러한 기묘한 금속의 비 페르미액은 물리학자에게 있어서 수수께끼 같은 것이며, 그것들을 설명하는 정설은 없습니다. 최근, 홍콩 대학 물리학부의 Zi Yang Meng 교수, 미네소타 대학의 Avraham Klein 박사와 Andrey Chubukov 교수, Kai Sun 박사, 미시간 대학의 교수, 다른 대학의 Xiaomi Yan XU 박사 등으로 구성된 공동 연구팀이 탄생 하였습니다. 샌디에이고 캘리포니아는 상호작용 전자시스템에서 NFL 거동의 수수께끼를 풀어내고 양자 다체 계산과 분석 계산을 통해 양자 금속에서 새로운 패러다임을 확립하기 위한 프로토콜을 제공했습니다. 이 연구결과는 최근 Npj Quantum Materials에 발표 되었습니다. 연구 조성금 심의회와 중국 과학기술성의 지원을 받았습니다. 수수께끼 같은 NFL의 행동을 발견 하였습니다. 란다우의 페르미액 이론은 온도 변화 시 구리, 은, 금, 철과 같은 단순 금속의 많은 특징을 설명하는 데 성공 했습니다. 예를 들어 온도 T에 관해서는 저항률, 열용량 등이 단순한 함수형식을 따릅니다.(가령 저항률은 follows~T2, 열용량은 C~T에 따릅니다) 그리고 물질적인 세부사항에 의존하고 있습니다. 페르미액 이론의 성공은 페르미액 내의 전자와 액정이 상호작용하는 것이 아니라 물질 속에서 동일하게 하여 중심적인 가정에 있는 것입니다. 그러나 FL이 확립된 후에 발견된 금속 재료의 대부분은 FL로 동작하지 않습니다. 예를 들어 이른바 고온초전도화합물인 구리산화물이나 철 화합물은 초전도가 되기 전의 온도ρ~T가 직선적이며(저항률은 제로), 일반적으로 비 페르미액(NFL)이라 불립니다. 단순한 FL와는 달리 NFL의 전자, 액정은 강하게 상호작용 합니다. NFL은 에너지 위기 해결에 응용할 수 있는 가능성이 있습니다. 물리학자들은 아직 NFL에 대해 잘 모르기 때문에 구체적인 예측을 하기는 매우 어렵다고 말하고 있습니다. 그러나 NFL이 에너지 위기를 해결하는 고온 초전도 물질을 활용하는 열쇠를 쥐고 있다는 점에서 이 시스템들은 인간 사회의 번영을 위해 반드시 필요하다고 말하고 있습니다. 현재 이른바 고온초전도재료는 -200℃의 온도스케일로 작용하는 FL초전도재료와 비교하여 -100℃의 온도스케일로만 작용하므로 실온에서 일상적으로 고온초전도재료를 사용하기가 어렵습니다. 그때 비로소 전기가 저항력에 의해 열을 잃지 않는 좋은 소재가 될 수 있습니다. 고온 초전도체의 NFL이 섭씨-100도에서 어떻게 작용하는지 알아야 실온에서 작용하는 궁극의 재료를 설계할 수 있습니다. 따라서 NFL을 완전히 이해하는 것이 매우 중요합니다. 그리고 분석적 계산을 해왔던 물리학자들은 약 반세기 전부터 NFL을 이해하려고 노력해 왔습니다. 분석적 계산의 문제점은 NFL의 양자 다체성 때문에 많은 이론적 예측의 수렴과 정밀도를 제어 또는 보증할 수 없다는 것입니다. 이러한 것을 검증하려면, 치우침이 없는 양자 계산이 필요합니다. 그리고 물리학자들은 퍼즐의 열쇠가 되는 발견은 계산이라고 말하고 있습니다. 수치면에서는 그동안 여러 차례 시도가 되었지만 문제는 결과가 항상 분석 예측과 다르다는 것입니다. 예를 들어 재료의 전자 상호작용 수준을 설명하는 NFL의 가장 중요한 양인 자기에너지는 주파수 의존성을 가질 것으로 기대가 됩니다. 그러나 계산된 자기 에너지는 전력 법칙대로 따르지 않고 천천히 발산하는 행동을 나타냅니다. 즉, 계산된 자기에너지는 주파수가 감소하면서 0이 되는 것이 아니라 커집니다. 그런 차이가 상황을 더 복잡하게 만들고 있습니다.