구리산염의 고온 초전도 특성을 이해하는 핵심 단서: 전자 스핀!

배경

1911년 네덜란드 물리학자 H. Kamalin Onnes는 실제로 감지할 수 없을 때까지 온도가 약 4.2K(-268.98℃)일 때 수은의 저항이 작다는 것을 발견했습니다. 또는 거의 0), 이때 수은은 실제로 초전도체가 됩니다. 나중에 그는 다른 많은 금속과 합금에도 초전도성이 있다는 사실을 발견했습니다. 온네스는 이 발견으로 1913년 노벨상을 수상했습니다.

1986년 1월, 스위스 취리히에 있는 International Business Machines Corporation의 실험실에서 일하는 과학자 Bernoz와 Muller는 바륨 란타늄 구리 산화물이 30K로 상승한 고온 초전도체라는 사실을 처음으로 발견했습니다. 이 획기적인 발견은 일련의 구리산염 고온 초전도체의 발견으로 이어졌습니다. 보노치와 뮐러는 또한 1987년 노벨 물리학상을 수상했습니다.

1987년 초, 미국의 오마오쿤(주징오) 등과 우리나라 물리학연구소의 조중현 등이 원소 치환을 통해 90K 이트륨 바륨 산화구리 초전도체를 발견했다고 발표했는데, 최초로 액체질소 온도(77K) 장벽을 돌파했습니다. 이런 종류의 초전도체는 임계온도가 액체질소 온도(77K)보다 높기 때문에 흔히 고온초전도체라고 불린다.

이후 새로운 고온 초전도체를 탐구하려는 세계적 열풍이 불었다. 1987년 말, 미국의 중국 학자 Sheng Zheng 등이 희토류를 포함하지 않은 최초의 탈륨 바륨 구리 산화물 고온 초전도체를 발견했습니다. 1988년 초, 일본은 임계 온도가 110K인 비스무트 스트론튬 칼슘 구리 산화물 초전도체를 개발했습니다. 1988년 2월 Sheng Zheng 등은 125K 탈륨 바륨 칼슘 구리 산화물 초전도체를 추가로 발견했습니다. 1993년에 프랑스 과학자들은 135K 수은 바륨 칼슘 구리 산화물 초전도체를 발견했습니다. 이후 고온초전도체의 온도 기록은 계속해서 갱신되고 있다.

그런데 여기서 문제가 발생합니다. 수십 년 동안 연구자들은 100K 이상의 온도에서 특정 구리산염의 초전도성에 대해 의문을 품어 왔습니다.

혁신

기술

가치

1시간 Gotlieb, Chiu-Yun Lin, Maksym Serbyn, Wentao Zhang, Christopher L. Smallwood, Christopher Jozwiak, Hiroshi Eisaki, Zahid Hussain, Ashvin Vishwanath, Alessandra Lanzara. 고온 구리산염 초전도체의 숨겨진 스핀-운동량 잠금 공개 Science, 2018(6420): 1271 DOI: 10.1126/science.aao0980