브라운 대학교와 미시간 대학교의 연구자들이 이전에는 이론 물리학자들의 열망에만 존재했던 묘기를 선보였습니다: 그들은 우주 레고 블록처럼 배열된 작은 은 입자를 사용하여 새로운 물질 상태를 생성하고 안정화시켰습니다. 저널 《사이언스》에 발표된 이 연구는 금속에서 발견되는 두 가지 일반적인 결정 배열 사이의 변환 중에 순간적으로 나타나는 중간 구조 상태를 포착합니다. 이 상태는 너무나 순간적이어서 과학자들은 그 존재를 추측만 해왔습니다.

새로 만들어진 물질은 그냥 이국적으로 보이는 것에 그치지 않고, 특이한 광학적 행동, 특히 깊은 강한 빛-물질 결합을 보여줍니다. 이 결합에서는 은 나노 입자 내의 전자가 빛 파동과 함께 진동하며 양자 역학적으로 얽히게 됩니다. 놀랍게도, 이 효과는 실온에서 발생하는데, 이는 사하라 사막에서 펭귄이 번성하는 것과 같습니다. 연구자들은 이것이 궁극적으로 양자 컴퓨팅 및 기타 양자 정보 기술에 유용할 수 있다고 제안합니다. 왜냐하면 세상이 필요로 하는 것은 동시에 여기와 저기에 있는 것을 계산하는 더 많은 방법이기 때문입니다.

미세한 경이로움을 구축하기 위해 팀은 잘린 팔면체 모양의 은 나노 입자를 합성했습니다. 그들은 이를 "메콘"이라고 부르며, 이는 모서리가 잘린 다이아몬드와 비슷하여 14면체 기하학을 가집니다. 주 저자 야스타카 나가오카와 팀은 다양한 둥글기를 가진 메콘을 생산하기 위해 가열 조건을 조정한 다음, 긴 분자 사슬로 코팅하여 끈적한 연결체 역할을 하게 했습니다. 이를 통해 입자가 더 큰 질서 있는 구조인 나노 입자 초격자로 자가 조립될 수 있었습니다.

"우리의 작업은 아이들이 레고 블록으로 노는 것과 약간 비슷합니다,"라고 브라운 대학교 화학 부교수이자 교신 저자인 우 첸이 말했습니다. 이는 "풍선과 벽돌 같다" 이후 가장 공감 가는 과학적 비유일 것입니다. 팀은 분자 코팅이 니시야마-바서만 경로에 의해 예측된 전이 구조와 일치하는 배열을 안정화하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 니시야마-바서만 경로는 금속이 면심 입방(FCC)과 체심 입방(BCC) 결정 배열 사이에서 어떻게 전환되는지 설명하는 주요 모델입니다.

"재료 과학자들은 오랫동안 금속에서 FCC와 BCC의 양을 제어하는 방법에 관심을 가져왔지만, 이러한 상 사이의 전이는 매우 불안정하여 연구하기 어려웠습니다,"라고 미시간 대학교의 공동 저자 팀 무어가 말했습니다. "이러한 구조를 관찰할 수 있게 된 것은 재료 과학의 근본적인 돌파구입니다." 이 연구는 국립 과학 재단과 에너지부의 작은 산더미 같은 보조금으로 지원되었습니다. 왜냐하면 새로운 물질 상태를 발견하는 것이 싸지 않기 때문입니다.

"새로운 물질 상태를 식별할 수 있을 때마다 새로운 응용이 등장할 것입니다,"라고 첸이 덧붙였습니다. 이는 "만들면 그들이 올 것이다"의 과학적 버전입니다. "그들"이 양자 컴퓨터와 고급 센서라고 가정한다면 말이죠.