새로운 X-ray 기술로 레이저 펄스에 반응하는 양자 물질 관측 성공

인사이더 브리프

• 아르곤 연구원들은 초고속 레이저 펄스에 대한 실리콘 카바이드의 반응을 추적하는 X선 이미징 기술을 개발하여 양자 결함 생성의 정밀도를 개선할 수 있는 통찰력을 제공했습니다.
• 측정 결과, 결정 전체에 걸쳐 빠르게 움직이는 기계적 파동과 더 느리게 분산되는 열로 에너지가 이동하는 것이 확인되었으며, 표면과 내부 전반에 걸친 변화를 포착했습니다.
• 이 기술은 연구원들이 큐비트로 사용할 더 신뢰할 수 있는 결함을 만들기 위해 레이저 조건을 미세 조정하는 데 도움이 될 수 있지만, 정밀한 배치는 여전히 장기적인 목표로 남아 있습니다.
• 이미지: 아르곤에서 개발된 새로운 기술에서, X선 빔은 재료가 레이저 광 펄스에 부딪힌 후 제어된 시간에 실리콘 카바이드를 향합니다. X선은 카메라처럼 작동하여 과학자들이 재료가 레이저에 어떻게 반응하는지 실시간으로 볼 수 있게 해줍니다. (Haidan Wen/Argonne National Laboratory)

보도 자료 — 양자 장치를 만드는 것은 종종 의도적으로 결정에 손상을 입히는 것에서 시작됩니다.

과학자들은 재료에 초고속 레이저 펄스를 쏘아 원자를 제자리에서 밀어내고 공동(vacancies)이라고 불리는 작은 불완전함을 남깁니다. 이러한 공동은 결함이라기보다 양자 정보의 기본 구성 요소인 큐비트로 작동할 수 있습니다.

과제는 정밀도입니다.

연구원들은 이러한 양자 결함을 필요한 위치에 정확하게 배치하기를 원하지만, 지금까지는 레이저가 결함을 생성하는 순간 결정 내부에서 어떤 일이 일어나는지에 대해 제한적인 이해만을 가지고 있었습니다.

미국 에너지부(DOE) 산하 아르곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory)의 과학자들은 이제 그 문제를 해결하기 위한 중요한 발걸음을 내디뎠습니다.

DOE 과학국 사용자 시설인 첨단 광원(APS)을 사용하여 연구팀은 초고속 레이저 펄스가 실리콘 카바이드를 타격한 직후 어떻게 반응하는지 3차원 및 실시간으로 관찰할 수 있는 새로운 X선 이미징 기술을 개발했습니다. 이 연구는 레이저의 에너지가 재료를 통해 어떻게 이동하는지에 대한 실시간 사진을 제공하며, 이는 원자 단위의 정밀도로 양자 장치를 구축하기 위한 핵심 단계입니다.

이 연구는 ACS Nano에 게재되었으며, 아르곤이 주도하는 DOE 국립 양자 정보 과학 연구 센터인 Q-NEXT의 지원을 받았습니다.

아르곤의 과학자이자 이 논문의 저자인 Haidan Wen은 "양자 결함을 정밀하게 설계하기 전에는 레이저가 재료 내부에서 정확히 무엇을 하는지 이해해야 합니다."라고 말했습니다. "이 기술을 통해 우리는 그 과정이 전개되는 방식, 특히 이전에는 불가능했던 방식으로 원자가 움직이는 방식을 지켜볼 수 있습니다."