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최근 물리학 연구의 흥미로운 주제였으며 2016 년 노벨 물리학상을 받았다. 최근 MIT 연구팀은 외부와의 교환이 없는 폐쇄 시스템과는 달리 에너지 또는 물질이 방출되거나 방출될 수 있는 개방 시스템의 다른 클래스에서 새로운 위상적인 (topological) 현상을 발견했다. 이것은 기본적인 물리학 연구의 새로운 영역을 열어줄 것이며 궁극적으로는 새로운 종류의 레이저 및 기타 기술로 이어질 수 있다. 위상 물리적 효과 분야의 대부분의 연구에서 물리학 용어로 '허미션 시스템 (Hermitian System)'이라고 불리는 이른바 '개방형'시스템은 실험적인 연구에서 많이 연구되지 않았다. 에너지 또는 물질이 방사선을 통해 추가되거나 손실될 수 있는 현상을 측정하거나 분석하는데 관련된 복잡성은 일반적으로 이러한 시스템을 통제된 방식으로 연구하고 분석하는 것을 더 어렵게 만든다. 그러나 이 연구에서 이러한 개방 시스템을 액세스 가능하게 만드는 방법을 사용했으며 이러한 비 허미션 시스템에서 흥미로운 위상 특성을 발견했다. 특히, 연구팀은 비 허미션 시스템의 특유한 위상 시그니처인 두 가지 특정 종류의 효과를 발견했다. 이들 중 하나는 벌크 페르미 아크 (bulk Fermi arc)라고 불리는 일종의 밴드 특색이며, 다른 하나는 연구에 사용된 광결정에 의해 방출되는 광파의 방향 또는 편광의 변화하는 비정상적인 종류이다. 광자 결정은 수십억 개의 매우 정밀하게 모양이 잡힌 작은 구멍이 만들어져 빛이 재료와 함께 비정상적인 방식으로 상호 작용하는 물질이다. 이러한 결정은 새로운 종류의 광 기반 컴퓨팅 시스템이나 발광 장치의 잠재력을 지닌 빛과 물질 사이에 유도되는 이색 상호 작용에 대해 적극적으로 연구되어 왔다. 그러나이 연구의 대부분은 폐쇄 허미션 시스템을 사용하여 수행되었지만 실제 응용 프로그램의 대부분은 개방 시스템을 필요로 하기 때문에 연구팀이 수행한 새로운 관측 결과로 완전히 새로운 연구 영역이 열리게 되었다. 연구팀이 발견한 독특한 현상 중 하나인 페르미 아크는 일반적인 생각과 달리 에너지 윤곽이 필연적으로 곡선으로 닫혀 있지 않았다. 그들은 닫힌 시스템에서 이전에 관찰되었지만, 그 시스템에서는 항상 3 차원 시스템의 2 차원 표면에 형성된다. 새로운 연구에서 처음으로 연구팀은 시스템의 대부분에 존재하는 페르미 아크를 발견했다. 이 벌크 페르미 아크는 배출 방향의 두 지점을 연결한다. 예외 지점은 개방형 위상 시스템의 또 다른 특징이다. 그들이 관찰한 다른 현상은 방사 방향에 따라 편광이 변하고, 루프를 따라 방향을 따라 시작점으로 되돌아 가면서 점차 하프 트위스트를 형성하는 빛의 필드로 구성된다. 이 결정을 돌아 다닐 때, 빛의 편광이 실제로 뒤집힌다. 이 반 트위스트는 뫼비우스 스트립과 유사하다. 이 스트립에서 한 쪽의 스트립은 다른 쪽 끝으로 연결하기 전에 반 바퀴 뒤틀린 다. 뫼비우스와 같은 빛의 양극화가 이론적으로 광섬유 링크를 통해 전송될 수 있는 새로운 양의 데이터를 증가시킬 수 있다. 이제 연구팀은 비 허미션 시스템의 특성을 조사하는 매우 흥미로운 기술을 가지고 있다. 그러나 새로운 종류의 레이저 또는 발광 장치를 포함하여 새로운 장치로 궁극적으로 연구가 진행될 가능성도 있다. 새로운 연구 결과는 동일한 팀 구성원 중 많은 사람들이 초기 연구를 통해 가능해 졌고, 광자 결정에서 윤곽을 간접적으로 계산하는 것보다 산란된 빛을 사용하여 물질의 에너지 윤곽을 나타내는 직접 이미지를 생성하는 방법을 발견했다. 아마도 이 연구의 가장 독창적인 측면은 연구팀이 새로운 위상 물리학에 접근하기 위해서는 그들의 시스템이 필연적으로 장애물과 성가신 광자를 잃어야 한다는 사실이다. '손실없이 가능하지 않았을 가능성이 매우 복잡한 3-D 제조 방법을 필요로 했을 것이다. 그들이 개발한 기술로 인해 불가능하다고 생각되어 왔던 2 차원 물리학에 접근할 수 있었다. |
