“양자 눈사태”

By University at Buffalo2023년 8월 13일

절연체에서 금속으로의 전이에 대한 미스터리를 풀면서 "양자 사태"에 대한 새로운 연구는 저항성 스위칭에 대한 새로운 통찰력을 밝혀내고 마이크로 전자 공학의 잠재적인 돌파구를 제공합니다.

새로운 연구는 절연체에서 금속으로의 전이에 대한 미스터리를 해결합니다

한 연구에서는 절연체에서 금속으로의 전이를 조사하여 기존 Landau-Zener 공식의 불일치를 찾아내고 저항성 스위칭에 대한 새로운 통찰력을 제공했습니다. 이 연구는 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 관련된 양자 역학을 강조하고 전자 및 열 전환이 동시에 발생할 수 있으며 마이크로 전자 공학 및 뉴로모픽 컴퓨팅에 잠재적인 응용이 가능함을 시사합니다.

아원자 입자만 보면 대부분의 물질은 두 가지 범주 중 하나로 분류될 수 있습니다.

구리나 철과 같은 금속에는 자유롭게 흐르는 전자가 있어 전기를 전도할 수 있지만, 유리나 고무와 같은 절연체는 전자를 단단히 묶어두어 전기를 전도하지 않습니다.

절연체는 강렬한 전기장에 부딪히면 금속으로 변하여 마이크로 전자 공학 및 슈퍼컴퓨팅에 대한 감질나는 가능성을 제공하지만 저항 스위칭이라고 불리는 이 현상 뒤에 있는 물리학은 잘 이해되지 않았습니다.

Questions, like how large an electric field is needed, are fiercely debated by scientists, like University at BuffaloFounded in 1846, the State University of New York at Buffalo is the largest campus in the State University of New York system and New York’s leading public center for graduate and professional education. It is a public research university with campuses in Buffalo and Amherst, New York, United States. It is commonly referred to as the University at Buffalo (UB) or SUNY Buffalo, and was formerly known as the University of Buffalo." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">버팔로대학교의 물질이론 응축물론자 종한.

"나는 그것에 집착했습니다"라고 그는 말합니다.

Han, PhD, professor of physics in the College of Arts and Sciences, is the lead author on a study that takes a new approach to answer a long-standing mystery about insulator-to-metal transitions. The study, “Correlated insulator collapse due to quantum avalanche via in-gap ladder states,” was published in May in Nature Communications<em>Nature Communications</em> is a peer-reviewed, open-access, multidisciplinary, scientific journal published by Nature Portfolio. It covers the natural sciences, including physics, biology, chemistry, medicine, and earth sciences. It began publishing in 2010 and has editorial offices in London, Berlin, New York City, and Shanghai. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">네이처커뮤니케이션즈.

버팔로 대학교 물리학 교수인 한종씨는 저항 스위칭으로 알려진 과정인 전기장을 통해 절연체가 어떻게 금속으로 전환되는지에 대한 오랜 물리학 미스터리를 해결하는 데 도움이 되는 새로운 연구의 주요 저자입니다. 출처: Douglas Levere, 버팔로 대학교

금속과 절연체의 차이점은 전자가 양자 입자이고 에너지 수준이 금지된 간격이 있는 밴드에 나타난다는 양자 역학적 원리에 있다고 Han은 말합니다.

1930년대부터 Landau-Zener 공식은 절연체의 전자를 낮은 밴드에서 높은 밴드로 밀어내는 데 필요한 전기장의 크기를 결정하기 위한 청사진 역할을 했습니다. 그러나 이후 수십 년에 걸친 실험을 통해 재료에는 Landau-Zener 공식이 추정한 것보다 훨씬 더 작은 전기장(약 1,000배 더 작은)이 필요하다는 것이 밝혀졌습니다.

“그러므로 큰 불일치가 있으며 더 나은 이론이 필요합니다.”라고 Han은 말합니다.

이 문제를 해결하기 위해 Han은 다른 질문을 고려하기로 결정했습니다. 이미 절연체의 상위 밴드에 있는 전자가 밀려나면 어떻게 될까요?