들뜬 다중극 분석하는 '새로운 접근법' 개발
들뜬 다중극의 에너지, 세기를 분석하는 '새로운 접근법' PRX 논문 게재
Alireza Akbari 교수는 최근 세계적인 학술지 '피지컬 리뷰 엑스(Physical Review X)'에 [Field-Angle-Resolved Magnetic Excitations as a Probe of Hidden-Order Symmetry in CeB6] 논문을 게재하였다.
이론 물리학자 Alireza Akbari는 IASBS에서 박사학위를 수여, 아시아태평양이론물리센터(APCTP)에서 2014년부터 2019년까지 신진연구그룹 그룹장으로 "Many-body theory and correlated systems"그룹을 이끌었다. 현재 독일 드레스덴 소재 막스플랑스 고체화학물리연구소(Max-Planck-Institute for Chemical Physics of Solids)에서 방문학자로 활동하고 있다.
이 논문을 게재한 피지컬 리뷰 엑스는 미국 물리학회(APS: American Physical Society)가 발행하는 권위 있는 온라인 오픈저널 학술지로 `18년 기준 저널영향력지수(IF: Impact Factor)는 12.211을 기록하였고 표준화된순위보정영향력지수(mrnIF: Modified Rank Normalized Impact Factor)는 95점으로 다학제 물리학(Physics, Multidisciplinary) 분야 81개 중 5위를 차지한 해당 분야 상위 6.17%의 최고 저널로 잘 알려져 있다.
본 연구는 아시아태평양이론물리센터(APCTP)가 운영하는 신진연구그룹(JRG: Junior Research Group) * 前그룹장 Alireza Akbari 박사가 등재한 성과로 센터가 유망한 젊은 연구자에 자율성을 부여하고 연구몰입형 환경조성에 기여하여 우수한 성과를 창출하고 있음을 확인하는 결과이다.
CeB6의 숨은 질서 대칭성 탐침을 통한 '장-각-분해 자기 들뜸'
전자 이중극 모멘트들에서 야기되는 물질의 자기 질서는 비교적 특징이 단순하다. 그러나 , 사중극(quadrupoles)과 팔중극(octupoles) 같은 고차다중극(higher-order multipoles)으로부터 발생하는 이례적인 자기 구조를 갖는 경우에는 그렇지 않다. 이 경우, x선 또는 중성자 산란을 이용하는 일반적인 자기 탐침으로는 이러한 장(field)의 일반적인 특징조차 보지 못한다. Alireza Akbari 박사를 포함한 연구진은 중성자 산란 데이터 분석을 통한 새로운 접근법(상수장(constant field)의 운동량 공간에서 일반적인 분산(dispersion)을 보는 것이 아닌 측정된 스펙트럼의 장-각(field-angular) 의존성을 보는)을 테스트 함으로써 일반적인 자기 탐침이 가지는 한계를 넘어섰다.
Γ"(110) 지점 원시 INS 스펙트럼의 비교
연구진은 이미 많은 연구가 진행된 자기다중극의 장범위규칙(long-range order)을 보여주는 물질인 CeB6 복합체를 조사함으로써 새로운 접근법을 테스트하였다. 또한 이를 통해 에너지와 세기 뿐만 아니라 다중극 들뜸(multipolar excitation)의 개수 역시도 자기장의 방향에 의존하는 것을 발견했다. 더불어 연구진은 이러한 현상들을 설명하기 위해 들뜬 다중극에 대한 유효이론(effective theory)을 개발했다. 연구진은 이와 같은 새로운 접근을 통해 CeB6 복합체 뿐 아니라 더 많은 복합체에 적용가능한 다중극 질서 매개변수(order parameter)를 가진 상관 전자계(correlated-electron system)를 관찰하는 새로운 장을 열게 될 것으로 기대한다고 밝혔다.
연구진은 논문에서 미래에 고중성자원의 출현과 특정 산란 벡터 주위에서 단결정(single crystals)의 안정적인 기계식 회전을 위한 적절한 표본 환경의 개발로 CeB6에 대해 제시한 유사한 측정들을 훨씬 효율적이고 광범위하게 수행할 수 있을 것이라 관측한다. 또한 들뜬 다극(multipolar excitations)의 이론적 모델에 해당하는 측정의 후속 비교는 자기적으로 숨은 질서를 안정화하고, 자기 위상 다이어그램을 넘어 HO 대칭성(HO symmetry)을 탐침하는 다극 상호 작용에 대한 가장 직접적인 정보를 제공할 것이라고 주장한다.
Alireza Akbari 박사는 “이 연구가 중성자 산란 데이터 분석에 대한 기존의 접근 방식을 확대 할 것이며, 훨씬 더 넓은 부류의 관련된 전자 시스템에서 응용을 찾을 것이다”며 넓은 분야에서 새롭고 확대된 방식으로 연구를 수행할 수 있을 것이라 전망했다.
키워드 : 응집물질물리(Condensed Matter Physics), 자기(Magnetism), 강상관계 물질(Strongly Correlated Materials)
*이중극 모멘트(dipolar moments) : 크기가 같은 양과 음, 두 극이 아주 가까운 거리를 두고 마주하고 있을때 이 두극을 쌍극자 혹은 이중극자라고 하는데, 이때 두 극의 세기와 거리를 곱한 것을 이중극 혹은 쌍극자 모멘트라고 한다.
*중성자 산란(Neutron Scattering) 기술 : 연구용 원자로 또는 가속기를 이용해 생성된 중성자를 사용해 밀리미터부터 나노미터 크기까지 물질구조를 세밀하게 분석하고 물질 특성 등을 연구할 수 있는 기술로 이를 이용하면 리튬배터리 소재, 수소자동자 연료 전지 등 다양한 신소재 연구와 개발에도 활용할 수 있다.
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APCTP 연구관리팀
권소정