Search for Superconductivity in Micrometeorites


기존의 초전도 물질 측정 기법의 문제는 다음과 같음.


- 온도-저항 측정의 문제 : 샘플이 작고 부서지기 쉬워서 전극 부착이 힘들고 비균질한 샘플의 데이터가 초전도성을 대표하지 못함.

- 온도-자화 측정의 문제 : magnetometry 혹은 AC-susceptibility를 이용한 자화측정은 크고 균질한 샘플 상에서만 가능하다.


따라서 저자는 Magnetic Field Modulated Microwave Spectroscopy(MFMMS) 기법을 도입함.

해당 기법으로 샘플의 크기가 작고 비균질하더라도 선택적으로 Superconductivity를 확인할 수 있었다고 함.



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MFMMS의 측정은 위 그림과 같이 이루어지고, external magnetic field가 교류형태로 들어가고 cryostat에서 측정온도를 세팅해줌.

샘플은 quartz tube로 들어가고.. 위 parameter 세팅해서 electomagnetic cavity 측정하는 설비임


아래는 MFMMS 관련해서 오리진 인용논문인데, 한번 소개하면 좋을 것 같아서 이 논문도 들고옴.


- MFMMS 기술 관련 인용 논문 -


MFMMS 기술 인용 논문 : https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25222051/


Magnetic field modulated microwave spectroscopy across phase transitions and the search for new superconductors


: 전통적으로 SQUID 측정기법은 microgram의 초전도 영역의 특성을 확인할 수 있으나, 전류의 percolation이 보장된 상황이 필요하다.

(역* 초전도 영역이 최대한 균질하게 쭉 이어져서 전자 수송 영역이 continuous한 상태가 필요하다는 뜻)


이러한 한계점을 극복하기 위해 물질이 초전도체로 상전이를 할때 Microwave absorption을 detecting하는 기술을 개발했다.


초전도 물질에는 각각 몇가지 dissipation(역* 에너지 손실이라 이해하면됨) 메카니즘이 있음. non-superconducting electron 기인성, 상전이간 electron pair breaking, vortex motion임.


아래 3개의 figure들이 각각의 dissipation의 특성을 나타내는 실험 결과.



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초전도체의 표면저항은 아래와 같은 수식으로 얻어짐.



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표면 저항(Rs)은 파장(λ)과 관계식을 가짐. 따라서 해당 파장대의 마이크로웨이브 흡수가 측정 가능. 그런데 노말 메탈에서도 마이크로웨이브 흡수가 일어나기 때문에 추가 구분이 필요한데..


초전도체는 외부자기장의 세기에 따라 전하의 움직임이 구분되는 구획들이 있음 (Figure 3.) 이 영역들의 표면저항 트렌드를 확인하면 초전도체 마이크로웨이브 흡수를 구분해낼 수 있음.


- 인용 논문 끝-



저자는 초전도과 비초전도 물질이 혼합된 샘플을 이용해서 기존의 방식인 SQUID와 제안한 MFMMS를 이용해서 각각 측정하였고, SQUID는 측정 실패했고 MFMMS는 초전도 영역만 선택적으로 검출해낼 수 있었다고 함.



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위 Figure는 Micrometeorite를 MFMMS로 측정한 것인데, a)가 전체 어셈블한거고... b), c), d)는 각 성분별의 그래프임.


중간 그림의 b), c)를 보면 MFMMS에 반응하고 음의 값을 가지는 반면, d)의 glass는 아무 반응이 없는 것을 확인할 수 있음.


물론 초전도체를 찍게되면 아래 그림처럼 샤프한 Peak가 떠야하는데, Micrometeorite에서는 그런 피크가 보이지는 않는다고 함.


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하지만 저자는 MFMMS에 무언가 검출된 것만으로도 초전도성이 있을 것이라고 판단함. 그 근거로 아래 테이블처럼 여러가지 자성체와 반자성체를 가지고 MFMMS를 측정해보았을때 대부분 반응이 없었기 때문임.



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따라서 저자는 해당 기술을 통해 초전도 영역이 비균질적으로 있어도 MFMMS 기술을 통해 성공적으로 그 특성을 추출해낼 수 있다고 밝힘.


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개인적인 의견 : 샤프한 Peak가 안나왔는데, MFMMS에 반응했다고해서 초전도 특성이 나왔다고 퉁치는건 조금 비약이 있는 것 같다.


다른 초전도 물질에 대해서 여러가지 측정데이터가 필요할 것 같고, 해당 기법이 정말 초전도특성을 확인할 수 있냐 없냐에 대해서는 다양한 초전도 물질에 대해 재현검증이 필요하지 않을까 싶다.


인용논문인 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25222051/ 에서 디테일하게 측정을 많이 했던데, 새벽부터 힘빼고 싶지않아서 원리만 간단하게 훑어보았음. 시간이 되면 한번 더 리뷰 해 볼 예정.


잠깐 일어나서 한시간 정도 읽고 정리해서 올리는거라 틀리거나 오역된 부분 있을 수도 있음. 지적환영