초록 ▼

연구목표_국문
본 연구의 목적은 2004년 발견된 초고체 상태의 미시적 근원을 규명하는 것이다. 초고체 상태에서 새로운 거시적 양자 결맞음 현상을 측정하고 다른 양자고체에서 초고체 존재 가능성 연구를 통해 초고체 발현 원리를 규명한다.

연구개발내용
비틀림 진동자를 DC 회전하에 측정하여 비틀림 진동자 반응을 연구 하였다. 초기 실험에서는 비틀림 진동자 반응이 회전함에 따라 매우 강한 감소를 측정하였고, 이를 초고체 헬륨 존재의 증거로 해석하였다. 이후 후속실험을 통해 DC회전은 단단한 비틀림 진동자 반응에 거

연구목표_국문
본 연구의 목적은 2004년 발견된 초고체 상태의 미시적 근원을 규명하는 것이다. 초고체 상태에서 새로운 거시적 양자 결맞음 현상을 측정하고 다른 양자고체에서 초고체 존재 가능성 연구를 통해 초고체 발현 원리를 규명한다.

연구개발내용
비틀림 진동자를 DC 회전하에 측정하여 비틀림 진동자 반응을 연구 하였다. 초기 실험에서는 비틀림 진동자 반응이 회전함에 따라 매우 강한 감소를 측정하였고, 이를 초고체 헬륨 존재의 증거로 해석하였다. 이후 후속실험을 통해 DC회전은 단단한 비틀림 진동자 반응에 거의 영향을 주지 못하는 것을 알았다. 따라서, 이전 회전 실험의 결과는 단단하지 못한 비틀림 진동자가 주는 반응으로 해석할 수 있고, 따라서 비틀림 진동자 반응이 양자적 결맞음이 아닌 고전적인 고체헬륨의 탄성변화에서 나타날 수 있음을 보여준다.

또한 본연구단은 shear modulus와 비틀림 진동자 반응을 동시에 측정하여 두 현상의 상관관계를 직접적으로 연구하였다. 초기 실험에서 나타났던 여러 가지 측정 차이를 직접적으로 연구하기 위해서 주파수 측정이 가능한 ultimate 비틀림 진동자를 만들고 두 현상을 동시에 측정하였다. 이결과 두 현상은 본질적으로 동일한 온도의존성, He-3 농도 의존성 주파수 의존성을 보이는 것을 확인하였고, 여전히 차이를 보이는 drive의존성은 정적방법으로 키워진 고체헬륨이라도 특정한 방향을 선호해서 이방적으로 자라는 특성 때문인 것으로 확인했다. 또한 본연구단은 저차원계에서 나타날 것으로 기대되는 초고체 시스템에 대한 연구기반 기술을 확보하였다.

연구개발 성과
- 양자고체 헬륨의 특성을 다양하고 창의적인 연구기법을 이용하여 연구
- 새로운 초고체성 증거를 회전하는 희석식 냉각장치 실험에서 보고
- 동시 측정 실험을 통해 비틀림 진동자 실험과 층밀리기 탄성율의 상관관계 직접분석
- 세계 최고 정밀도의 이상적 비틀림 진동자를 이용하여 주파수 분석을 통한 초유체 해석
- 저차원 양자 고체에서 가능할 것으로 보이는 초고체 시스템 연구
- 저온 측정 기술 기반 새로운 초전도 시스템과 양자 전도 연구
- 상시적으로 양자유체 연구가 가능한 저온 연구시설 (극저온, 고자기장, 무진동환경) 구축하였다.

활용 계획 및 기대효과
(응용분야 및 활용범위 포함)
새로운 상태의 발견은 그 발견 자체로 고유한 중요성을 가지며 여러 연구 분야에 강한 파급효과를 나타낸다. 본 연구는 현재 초고체 연구에서 핵심 쟁점인 결정 상태와 초고체 발현의 상관 관계를 규명할 수 있는 가장 직접적이고 본질적인 연구이다. 초고체 상태에서 양자 결맞음과 간섭의 연구는 초고체 상태와 보즈 아인슈타인 응축현상의 관계를 규명하는데 결정적 역할을 했다. 이러한 연구는 학문적 기대효과와 더불어 사회 경제적으로도 중요한 영향을 끼칠것으로 기대된다. 본 연구는 새로운 과학지식의 창출과 더불어 현재 제기되는 여러 기술적 문제의 해결을 가져올 것으로 기대되며 이를 통해 첨단기술에 응용될 수 있을 것이다. 또한 저온물리 연구의 핵심 인프라를 구축하여 국가 과학 기술 자립에도 크게 기여할 것으로 기대한다. 초고체 연구의 기초 연구시설 확보를 통해 차세대 과학자들에게 폭넓은 연구기회를 제공하며 기초과학 우수인력을 양성할 수 있다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose
A series of torsional oscillator experiments revealed the evidence of superflow in solid helium in 2004. Accordingly, considerable attentions have been drawn to the new state of matter, supersolid. The experimental findings of the last three years raised many interesting questions on the

Purpose
A series of torsional oscillator experiments revealed the evidence of superflow in solid helium in 2004. Accordingly, considerable attentions have been drawn to the new state of matter, supersolid. The experimental findings of the last three years raised many interesting questions on the nature of the supersolid phase. Our proposed research is designed to 1)understand the microscopic origin of supersolid and 2)search for other quantum mechanical properties of a supersolid phase. We will investigate how defects or extended defects in solid helium facilitate the appearance of a supersolid phase. In addition, we will study a weakly connected supersolid system to look for new quantum macroscopic signatures of a supersolid helium phase.

contents
We have examined the nature of a supersolid phase by using a wide variety of techniques to measure both macroscopic quantum coherences and thermodynamic properties. First, we have studied the response of a torsional oscillator containing solid helium under DC rotation. DC rotation induced dramatic suppression of non-classical rotational inertia, which was accepted as the new evidence of supersolid. We finally find that the initial observation of DC rotation effect is absent with a rigid TO and can be attributed to the elastic modulus change of solid helium.

We also studied the relation between the shear modulus change and TO response by measuring two phenomena simultaneously. We sorted out the discrepancies and similarity and found two phenomena had the same microscopic origin of the classical elastic modulus change. The initial discrepancies in the drive dependence were attributed to the measurement orientation dependent response rather than the different microscopic origin. We finally examined the possible two dimensional quantum solid phase that were expected to show supersolidity.

Developement results
- Investigation of the quantum solid with various creative experimental methods.
- New evidence of supersolidity in rotating solid helium
- Successful simultaneous measurements of the TO response and shear modulus
- World record super-resolution rigid TO and its frequency analysis revealed the importance of rigidity and set the upper limit for the supersolidity
- Construct the platform of Low temperature, High filed, Anti vibration environment
- Preliminary study of two dimensional quantum solid
- Study of low dimensional superconductivity and quantum transport based on the established low temperature facility

Expected Contribution
Discovery of the new state of matter is inherently of very broad fundamental significance because it often stimulates the development of new theoretical prediction and leads to useful applications either in other research areas or in the practical world. Impacts of fundamental discoveries on science are difficult to judge until they are fully understood. The existence of a supersolid phase can, however, alter generally accepted picture of crystalline solids. The most significant impact of the proposed research is that the investigation of a supersolid weak link can examine experimentally the existence of quantum macroscopic coherence and interference in a supersolid phase. Furthermore, the investigation on the relation between defect density and supersolid fraction will provide a significant clue to clarify the microscopic origin of a supersolid phase.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 13
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 43
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 45
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 48
• 7. 대표적 연구실적 ... 49
• 8. 참고문헌 ... 49
• 9. 연구성과 ... 52
• 10. 연구기자재 현황 및 활용 ... 71
• 11. 기타사항 ... 72
• 별첨1 대 표 연 구 성 과 ... 73
• 끝페이지 ... 77