Creating Quantum Matter via Kondo (spin) Cloud Condensation

새로운 양자상 (quantum state) 생성에 대한 연구는 미지의 전기적, 자기적, 광학적 물리 현상을 관측하고 이해할 수 있는 기회를 제공할 수 있어 전 세계적으로 많은 연구 그룹에서 극한 환경 조건 (극저온, 고자기장, 고압력 등등)과 고난도 실험을 이용하여 지속적으로 연구가 진행되어 왔습니다. 대표적인 예로 반도체에서의 분수 양자 홀 효과 및 원자들에 의한 보스-아인쉬타인 응축이 있으며 대부분 새로운 양자상이 발견되면 노벨상으로 이어지는 경우가 많았습니다. 

새로운 양자상을 만들 수 있는 물리량의 다양한 상호작용 중에 순수하게 스핀들 만의 상호 작용에 의한 양자상 생성은 스핀-스핀 상호 작용이 일반적으로 작아 양자상 생성 조건이 까다롭고 새로운 물성 측정 또한 극저온에서 이루어져야 합니다. 본 연구에서 다루고자 하는 콘도 (스핀)구름은 순수하게 스핀들의 집단적인 상호 작용에 의한 보존 준입자 (bosonic quasi-particle)이며 이러한 콘도 (스핀)구름들이 충분히 가까워 거시적인 공간에서 중첩되게 되면 (응축이 되면) 새로운 양자상을 생성할 것으로 예측되고 있습니다

본 과제의 핵심적인 내용은 자성불순물이 도핑 된 순수 금속에서 자성불순물과 금속 내의 전자 스핀들의 집단적인 상호 작용을 통해 콘도 (스핀)구름 들의 생성되고, 이들의 농도에 따라 다양한 새로운 양자상의 존재를 밝히는 것 입니다.

콘도 (스핀)구름들의 크기는 스핀-스핀 상호작용을 방해하는 다양한 환경에 (예, 무질서도 및 불순물) 크게 영향을 받으며, 따라서 이러한 환경을 최대한 제거해야하는 전제 조건이 있습니다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하고자 스퍼터링을 이용해 단결정 금속에 자성 불순물을 도핑함으로 최대한 콘도 (스핀)구름의 크기를 확보하고 자성 불순물의 농도에 따라 다양한 콘도 (스핀)구름 응축상을 생성하고자 합니다. 이러한 시도는 단결정 금속 박막과 자성 불순물 제어가 고난도 실험이 될 것으로 예상하나 연구가 성공적으로 이루어지면 새로운 스핀 양자상 연구나 기존 스핀과 관련된 (예, 무거운 페르미온 물질, 초전도체 등등) 다양한 양자상 물질 연구에 큰 기여를 할 것으로 기대됩니다.