세계최초 고체표면의 단일원자 특성 관찰에 성공
연구결과개요
2. 연구내용
ㅇ 영하 271.95℃의 극저온, 초고진공 상태에서 진행된 실험 결과, 연구진은 원자의 동위원소 별 초미세 상호작용을 측정하는 데 성공했다. 모든 원소의 동위원소가 핵스핀을 갖지는 않는다. 철의 경우 자연 상태에 존재하는 4개의 동위원소 중철-57만이 1/2의 핵스핀 값을 갖는 것으로 알려져 있다. 연구진은 이번 실험에 사용된 철 원자 147개 중 5개인 3.4%의 원자가 핵스핀의 방향에 따라 전류가 다르게 측정되는 ‘초미세 갈라짐’ 현상을 보인다는 점을 확인했다.
ㅇ 동위원소 별로 다른 초미세 상호작용을 측정했다는 것은, 양자정보 저장의 기본 단위로 사용할 수 있는 소재를 선별할 수 있는 기술을 개발했다는 의미로 해석할 수 있다. 실험에 사용된 철 원자의 경우 초미세 갈라짐 현상을 보인 3.4%의 원자만이 양자정보를 저장할 수 있는 가능성이 높은 소재인 것으로 해석할 수 있다.
ㅇ 한편, 연구진은 표면 위 원자를 두는 위치를 변화시키면, 원자의 스핀 특성이 달라진다는 점도 확인했다. 산화마그네슘(MgO)은 산소(O)와 마그네슘(Mg) 원자가 일대 일로 결합한 형태다. 연구진은 STM을 이용해 티타늄-47 원자의 위치를 이동시켜가며 ESR로 스핀의 특성 변화를 관찰했다.
ㅇ 5/2의 핵스핀 값을 갖는 티타늄-47은 이론적으로 ESR 스펙트럼에 6개의 피크가 관측돼야 한다. 티타늄-47이 산소-산소 또는 마그네슘-마그네슘 원자 사이에 위치하는 경우(TiB)엔 6개의 피크가 명확히 관측됐지만, 산소 원자의 위에 놓인 경우(TiO)엔 뚜렷한 피크가 나타나지 않았다. 연구진은 이에 대해 표면의 결합 상태가 전자에 영향을 미치고, 전자스핀과 핵스핀의 초미세 상호작용에 의해 전체적인 원자의 전자기적 상태를 변화시키기 때문이라고 설명했다.
세계최초 고체표면의 단일원자 특성 관찰에 성공
마그네슘과 산소 원자가 일대 일로 합쳐진 형태인 것은 무엇이지
산화마그네슘