우리가 인식하는 세계는 물질에는 고체와 액체, 가스 3가지 상태가 존재한다는 게 상식이지만 극저온과 고압이라는 특수 환경에선 고체이면서 액체처럼 행동하는 초고체(Supersolid)라는 상태가 존재하는 것으로 확인되고 있었다. 오스트리아과학아카데미양자연구소 연구팀이 새롭게 초고체 상태를 이차원화하는데 성공했다고 보고했다.
물질은 온도나 압력에 의해 상전이를 일으킨다. 예를 들어 액체인 물은 0도를 경계로 고체에서 액체로 전환하고 100도를 경계로 액체에서 기체로 전이한다. 이런 상전이에 대해 헬륨4 절대 영도 부근까지 냉각하면 헬륨 원자 집합이 파도응로 행동을 보이게 되고 고체임에도 불구하고 유체에 나타나는 초유체(superfluidity)라는 성질을 발현하는 것으로 확인되고 있다.
이번에 새롭게 연구팀이 달성한 건 초고체 이차원화다. 2017년 취리히공과대학 연구팀과 MIT공대 연구팀이 각각 극저온 양자 기체를 이용해 초고체를 달성했다고 보도했지만 이들 실험에 의해 생성된 초고체 원자에 의해 형성된 방울은 일렬로 늘어서는 일차원적인 것이었다.
이번 연구팀이 광학 핀셋으로 매달린 디스프로슘 164 세트를 레이저 냉각에 의해 절대영도 근처까지 냉각한 뒤 광학 핀셋을 조금 풀고 가장 에너지가 높은 원자 유동으로 초고체 상태를 만들고 초고체 이차원화를 달성했다.
지금까지 일차원 초고체는 실제로 초고체 상태로 되어 있는지 여부를 판정하기 곤란하다는 문제점이 있었다. 하지만 이차원 초고체는 일차원 상태에선 불가능했던 문제를 조사하는 판정 방식을 채택할 수 있어 관련 연구를 비약적으로 발전시킬 것으로 기대되고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.