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“전통적으로 사람들은 은하계가 너무 멀리 떨어져 있기 때문에 대부분 스스로 진화한다고 생각했습니다.”라고 이번 연구의 주요 저자인 Zhu가 말했습니다. 천체 물리학 저널 편지. “그러나 우리는 한 은하계에 있는 매우 활동적인 초대질량 블랙홀이 수백만 광년에 걸쳐 다른 은하계에 영향을 미칠 수 있다는 것을 발견했습니다. 이는 은하계 진화가 집단적 노력에 더 가깝다는 것을 시사합니다.”

Zhu는 이 개념을 지구상의 상호 연결된 생태계와 비교하면서 “은하 생태계”라고 설명합니다. “활동적인 초대질량 블랙홀은 생태계를 지배하는 배고픈 포식자와 같습니다.”라고 그는 말했습니다. “간단히 말하면, 물질을 삼키고 근처 은하계의 별이 자라는 방식에 영향을 미칩니다.”

초거대질량 블랙홀을 그토록 강력하게 만드는 이유

블랙홀은 1900년대 초에 처음 제안된 이후 과학자와 대중을 매료시켜 왔습니다. 이 물체들은 우주에서 가장 극단적인 조건 중 일부를 나타냅니다. 중력이 너무 강해서 근처의 물질은 물론 빛까지도 너무 가까이 다가가면 끌어당길 수 있습니다.

은하수 중심에 있는 블랙홀을 포함하여 초대질량 블랙홀이라고 알려진 특별한 범주에는 태양 질량의 수백만 배, 심지어 수십억 배에 달하는 질량이 포함될 수 있습니다. 블랙홀 자체는 볼 수 없지만 주변 물질을 적극적으로 섭취하면 엄청나게 밝아질 수 있습니다.

퀘이사라고 알려진 이 활성 단계에서는 가스와 먼지가 블랙홀 주위에 회전하는 디스크를 형성하여 안쪽으로 떨어지면서 엄청난 양의 에너지를 방출합니다. 이 퀘이사는 너무 강렬하게 빛나서 전체 은하계보다 더 빛날 수 있습니다.

JWST 미스터리가 새로운 발견으로 이어진다

제임스 웹 우주 망원경의 초기 데이터에서는 예상치 못한 사실이 드러났습니다. 천문학자들은 초기 우주에서 가장 밝은 퀘이사 주변 지역에 예상보다 적은 수의 은하가 포함되어 있는 것으로 나타났습니다. 큰 은하들은 일반적으로 밀집된 클러스터로 형성되기 때문에 이는 의문을 제기했습니다.

Zhu는 “우리는 당황했다”고 말했다. “비싼 JWST가 고장난 걸까요?” 그는 웃으며 덧붙였다. “그런 다음 우리는 은하가 실제로 거기에 있을 수도 있지만 최근의 별 형성이 억제되었기 때문에 탐지하기 어렵다는 것을 깨달았습니다.”

이러한 통찰력으로 인해 연구자들은 새로운 가능성을 고려하게 되었습니다. 아마도 퀘이사의 강렬한 방사선은 자신의 은하계에 영향을 미칠 뿐만 아니라 근처 은하계의 별 형성도 제한하고 있었을 것입니다.

퀘이사가 별 형성을 억제한다는 증거

이 아이디어를 탐구하기 위해 연구팀은 가장 밝게 알려진 퀘이사 중 하나인 J0100+2802에 집중했습니다. 이 물체는 태양 질량의 약 120억 배에 달하는 초대질량 블랙홀에 의해 구동됩니다. 그 빛은 130억년 이상 여행해왔기 때문에, 10억년이 채 안 됐을 때의 우주를 엿볼 수 있게 해줍니다.

연구팀은 JWST를 사용하여 최근 별 형성을 알리는 이온화된 형태의 산소인 O III의 방출을 측정했습니다. 그들은 퀘이사로부터 약 백만 광년 이내에 있는 은하들이 자외선에 비해 O III 방출이 더 약한 것을 발견했습니다. 이 패턴은 최근 해당 은하에서 별 형성이 억제되었음을 나타냅니다.

Zhu는 “블랙홀은 많은 물질을 ‘먹는’ 것으로 알려져 있지만 활동적인 식사 과정에서 빛나는 퀘이사 형태로 매우 강한 방사선을 방출한다”고 말했습니다. “강렬한 열과 방사선은 광대한 성간 가스 구름을 구성하는 분자 수소를 분리하여 축적되어 새로운별로 변할 가능성을 소멸시킵니다.”

방사선이 별 탄생을 방해하는 방법

별은 다량의 차가운 분자 수소 가스에 의존하는 매우 특정한 조건에서 형성됩니다. 이 가스는 새로운 별을 만드는 원료 역할을 합니다. 과학자들은 퀘이사가 자신의 은하계 내에서 이 가스를 파괴하여 국지적인 별 형성을 효과적으로 차단할 수 있다는 것을 이미 알고 있었습니다.

여전히 불확실한 것은 이 효과가 단일 은하계를 넘어 확장되는지 여부였습니다. 연구자들은 초기 우주에서 퀘이사를 관찰함으로써 이러한 영향이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 멀리까지 도달한다는 강력한 증거를 발견했습니다.

Zhu는 “처음으로 우리는 이 방사선이 은하계 규모로 우주에 영향을 미친다는 증거를 얻었습니다”라고 Zhu는 말했습니다. “퀘이사는 자신의 호스트 은하계의 별뿐만 아니라 최소 백만 광년 반경 내의 인근 은하계에서도 별을 억제합니다.”

JWST가 필수적인 이유

Zhu에 따르면, 이 발견은 제임스 웹 우주 망원경이 없었다면 불가능했을 것입니다. J0100+2802와 같이 매우 먼 물체에서 나오는 빛은 우주 팽창으로 인해 적외선 파장으로 늘어났습니다. 이전 망원경은 이 희미한 적외선을 명확하게 감지할 수 없었습니다.

JWST의 고급 감도를 통해 천문학자들은 이러한 초기 우주 사건을 전례 없이 자세하게 관찰할 수 있으며 은하가 어떻게 형성되고 진화했는지에 대한 새로운 창을 열 수 있습니다.

이것이 은하수와 그 너머에 미치는 영향

은하수 자체는 한때 퀘이사 단계를 겪었을지 모르지만 오늘날에는 활성화되지 않습니다. 연구자들은 이제 그러한 단계가 우리 은하계와 그 이웃 은하계의 발전에 어떤 영향을 미쳤을지 고려하고 있습니다.

연구팀은 앞으로 이 현상이 널리 퍼져 있는지 확인하기 위해 추가 퀘이사를 연구할 계획이다. 그들은 또한 이러한 상호 작용의 메커니즘과 다른 요인이 역할을 하는지 더 잘 이해하는 것을 목표로 합니다.

Zhu는 “초기 우주에서 은하들이 어떻게 서로 영향을 미쳤는지 이해하는 것은 우리 은하가 어떻게 탄생했는지 더 잘 이해하는 데 도움이 됩니다.”라고 말했습니다. “이제 우리는 초대질량 블랙홀이 우리가 생각했던 것보다 은하 진화에서 훨씬 더 큰 역할을 했을 수도 있다는 사실을 깨달았습니다. 우주의 포식자 역할을 하며 초기 우주 동안 근처 은하계의 별 성장에 영향을 미쳤습니다.”

NASA는 제임스 웹 우주망원경을 사용하는 연구자들이 긴 감마선 폭발이자 우주에서 가장 에너지 넘치는 사건 중 하나인 GRB 250702B를 조사했다고 발표했습니다. 이러한 폭발은 일반적으로 거대한 별이 블랙홀로 붕괴되어 고에너지 감마선의 짧고 강렬한 섬광을 생성할 때 발생합니다. 이 이벤트는 매우 다르게 작동했습니다.

폭발을 연구하고 있는 러트거스 예술과학대학 물리천문학부 박사후 연구원인 휴이 시어스(Huei Sears)는 “이 물체는 설명하기 어려운 극단적인 특성을 보여준다”고 말했다. “보통 이러한 폭발은 1분 이내에 끝나지만 GRB 250702B는 몇 시간 동안 지속되었으며 심지어 하루 전에는 엑스레이 활동의 ​​징후도 보였습니다.”

전 세계 관측을 통해 비정상적인 행동이 드러남

Sears는 전 세계 관측소에서 이번 사건의 데이터를 분석하고 있다고 설명했습니다. 여기에는 중국의 아인슈타인 탐사선(Einstein Probe)과 SF 영화 콘택트(Contact)에 등장한 것으로 널리 알려진 미국 국립과학재단(National Science Foundation)의 매우 큰 배열(Very Large Array)과 함께 작업하는 팀이 포함됩니다.

감마선 방출은 최소 7시간 동안 지속되었으며, 이는 이전 기록 보유자보다 거의 두 배에 달하는 기간입니다. NASA는 또한 이벤트에 대한 한 가지 가능한 시나리오를 보여주는 애니메이션을 공개했습니다. 이 모델에서는 질량이 태양 질량의 약 3배이고 사건의 지평선 폭이 18km에 불과한 블랙홀이 궤도를 돌며 동반성과 합쳐집니다.

메릴랜드주 NASA 고다드 우주 비행 센터의 천문학자 엘리자 나이츠는 “이번 폭발은 확실히 지난 50년 동안 우리가 본 어떤 폭발과도 다르다”고 말했다.

블랙홀과 관련된 가능한 설명

과학자들은 몇 가지 설명을 고려하고 있습니다. 한 가지 가능성은 이것이 비정상적으로 극단적인 감마선 폭발이었다는 것입니다. 또 다른 하나는 태양보다 수천 배나 더 큰 블랙홀이 너무 가까이 접근한 별을 찢어버리는 조수 붕괴 사건이었다는 것입니다. 좀 더 특이한 아이디어는 더 작은 블랙홀이 벗겨진 헬륨별과 합쳐져 내부에서 그것을 소모한다는 것을 암시합니다.

정확한 원인에 관계없이 블랙홀은 조금만 물어뜯는 것 이상의 일을 했습니다. 그것은 우주를 가로질러 발사되는 강력한 에너지 제트를 방출했습니다.

다중 망원경의 노력으로 사건을 포착하다

NASA의 페르미 감마선 우주망원경은 7월 2일에 폭발을 처음으로 감지했으며, 이에 따라 다른 장비에서도 신속한 후속 관측이 이루어졌습니다. 그 사건은 너무 강렬해서 어떤 망원경으로도 전체 그림을 포착할 수 없었습니다. 과학자들은 우주 기반 관측소와 지상 관측소의 데이터를 결합하여 감마선, X선, 적외선 및 무선 신호를 수집했습니다. 일반적인 빛에서는 폭발이 보이지 않았습니다.

루이지애나 주립대학의 천체물리학자인 에릭 번즈(Eric Burns)는 “여러 우주선에 장착된 장비의 결합된 힘을 통해서만 이 사건을 이해할 수 있었다”고 말했습니다.

먼 은하가 미스터리를 더하다

허블 우주 망원경의 이미지는 폭발이 발생한 위치에 특이한 은하계를 보여주었습니다. 처음에는 두 개의 은하가 합쳐지거나 하나의 은하가 어두운 먼지 띠에 의해 분할되는 것처럼 보였습니다. 나중에 Webb 관측에 따르면 은하계는 약 80억 광년 떨어져 있으며, 이는 지구가 형성되기 훨씬 전에 폭발이 일어났다는 것을 의미합니다.

호스트 은하계를 더 잘 이해하기 위해 Sears는 사건이 발생한 지 몇 달 후 주요 근적외선 영상 장비인 Webb의 NIRCam을 사용하여 후속 관측을 주도했습니다.

시어스는 “이렇게 생생하고 전례 없는 세부 묘사를 통해 우리는 먼지 띠가 있는 매우 큰 은하 하나만 볼 수 있다”고 말했다. “은하는 폭발의 흔적이 남아 있는지 여부가 100% 명확하지 않을 정도로 복잡한 구조를 가지고 있지만, 존재한다고 해도 정말 희미합니다.”

미스터리는 아직 해결되지 않은 채 남아있습니다

이 발견은 GRB 250702B가 조수 붕괴 사건이 아니라 감마선 폭발이었다는 생각을 뒷받침합니다. 그럼에도 불구하고 연구자들은 확실한 결론에 도달하지 못했습니다.

Sears는 “이런 유형의 조수 붕괴 사건은 몇 번만 봤기 때문에 이것이 어떻게 진화할지 확실히 알 수 없습니다”라고 말했습니다. “이 폭발에 대한 많은 연구는 서로 다르고 때로는 모순되는 설명을 제공합니다. 실제로 무슨 일이 일어났는지 이해하는 것은 아직 초기 단계입니다.”

최종 설명이 무엇이든, 과학자들은 이 사건이 드물고 중요하다는 데 동의합니다.

“이것은 우리에게 별과 블랙홀이 어떻게 진화하는지에 대한 극단적인 연구를 할 수 있는 독특한 기회를 제공합니다”라고 Sears는 말했습니다. “GRB 250702B는 예상치 못한 새로운 발견일 수도 있습니다.”

Webb 망원경은 유럽 우주국(ESA)과 캐나다 우주국(CSA)에서도 지원됩니다.

로빈슨 연구소(Robinson Research Institute), 생명의학 대학(School of Biomedicine), 프리메이슨 남성 건강 및 웰빙 센터(Freemasons Center for Male Health and Wellbeing)의 과학자들은 우주와 같은 조건이 정자 탐색, 수정 및 초기 배아 발달에 어떻게 영향을 미치는지 연구했습니다.

미세 중력을 시뮬레이션하기 위해 연구원들은 Firefly Biotech의 Giles Kirby 박사가 개발한 3D clinostat 기계를 사용했습니다. 이 장치는 무중력의 방향 감각 상실 효과를 모방하기 위해 세포를 지속적으로 회전시킵니다. 인간을 포함한 세 가지 포유류의 정자를 여성의 생식관과 유사하게 설계된 미로를 통해 보내 테스트했습니다.

수석 저자인 애들레이드 대학교 로빈슨 연구소의 니콜 맥퍼슨(Nicole McPherson) 박사는 “중력이 생식 기관과 같은 통로를 통과하는 정자의 능력에 중요한 요소라는 것을 보여줄 수 있었던 것은 이번이 처음입니다.”라고 말했습니다.

“우리는 정상 중력에 비해 미세 중력 조건에서 챔버 미로를 통해 성공적으로 길을 찾을 수 있는 정자의 수가 크게 감소하는 것을 관찰했습니다.

“이것은 정자가 물리적으로 움직이는 방식에 변화가 없음에도 불구하고 모든 모델에서 바로 경험되었습니다. 이는 정자의 방향 상실이 운동성의 변화가 아니라 다른 요소로 인한 것임을 나타냅니다.”

프로게스테론은 정자를 안내하는 데 도움이 될 수 있습니다.

연구진은 또한 성 호르몬인 프로게스테론을 첨가하면 시뮬레이션된 미세중력 조건에서 인간 정자가 얼마나 잘 탐색할 수 있는지가 향상된다는 사실을 발견했습니다.

McPherson 박사는 “우리는 이것이 프로게스테론이 난자에서도 방출되어 정자를 수정 장소로 ​​안내하는 데 도움이 될 수 있다고 생각하지만 이는 잠재적인 해결책으로서 추가 조사를 보장합니다”라고 말했습니다.

수정 및 배아 발달에 영향을 미침

연구팀은 동물 모델에서 수정 중 미세 중력에 대한 노출이 초기 배아 발달에 어떤 영향을 미치는지 조사했습니다.

시뮬레이션된 무중력 상태에서 4시간이 지나면 성공적으로 수정된 쥐 알의 수가 일반적인 지구 조건에 비해 30% 감소했습니다.

McPherson 박사는 “우리는 미세중력에 노출된 4~6시간 동안 수정률이 감소하는 것을 관찰했습니다. 장기간 노출은 훨씬 더 해로운 것으로 나타나 발달 지연을 초래하고 어떤 경우에는 배아 형성의 초기 단계에서 태아를 형성하는 세포가 감소하는 것으로 나타났습니다.”라고 말했습니다.

“이러한 통찰은 우주에서의 번식 성공이 얼마나 복잡한지, 개발의 모든 초기 단계에 걸쳐 더 많은 연구가 얼마나 중요한지를 보여줍니다.”

중력이 번식에 중요한 이유

이전 연구에서는 정자가 우주에서 어떻게 움직이는지 탐구했지만 이와 같이 통제된 조건에서 생식 채널을 탐색하는 능력을 테스트한 연구는 없었습니다.

연구 결과는 커뮤니케이션 생물학.

이 연구는 장기적인 우주 탐험과 지구 너머의 삶에 초점을 맞춘 애들레이드 대학교의 앤디 토마스 우주 자원 센터와 공동으로 수행되었습니다.

앤디 토마스(Andy Thomas) 우주 자원 센터 소장인 존 컬튼(John Culton) 부교수는 “우리가 우주 여행이나 다중 행성 종이 되기 위한 방향으로 발전함에 따라 미세 중력이 번식의 초기 단계에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 것이 중요합니다.”라고 말했습니다.

우주에서의 재생산에 관한 미래 연구

연구의 다음 단계에서는 달, 화성 및 인공 중력 시스템을 포함한 다양한 중력 환경이 정자 탐색 및 초기 배아 발달에 어떤 영향을 미치는지 조사할 것입니다.

핵심 질문은 이러한 효과가 중력이 감소함에 따라 점진적으로 변하는지 아니면 변화가 갑자기 발생하여 “전부 아니면 전무” 반응을 생성하는 임계값이 있는지 여부입니다.

이에 대한 대답은 미래의 달과 화성 정착지에서 인간의 번식을 계획하고 건강한 발달을 지원하는 인공 중력 시스템을 설계하는 데 필수적입니다.

McPherson 박사는 “가장 최근 연구에서는 이러한 조건에서 수정된 경우에도 많은 건강한 배아가 여전히 형성될 수 있었습니다. 이는 언젠가 우주에서의 재생산이 가능할 것이라는 희망을 줍니다.”라고 말했습니다.

기존 스토리지 시스템은 하드 드라이브나 광 디스크와 같은 평평한 표면에 데이터를 기록합니다. 대조적으로, 홀로그램 데이터 스토리지는 레이저 광을 사용하여 재료의 볼륨 전체에 정보를 포함합니다. 이는 동일한 공간 내에 여러 개의 겹치는 조명 패턴을 생성하여 저장 용량을 크게 늘리고 더 빠른 데이터 전송을 가능하게 합니다.

“기존 홀로그램 데이터 저장에서 데이터 인코딩은 일반적으로 진폭이나 위상과 같은 하나의 광 차원을 사용하거나 기껏해야 이러한 차원 중 두 가지를 결합합니다”라고 중국 Fujian Normal University의 연구팀 리더인 Xiaodi Tan이 말했습니다. “우리는 편광 홀로그래피의 원리를 바탕으로 회선 신경망 모델로 알려진 딥 러닝 아키텍처를 사용하여 편광을 독립적인 정보 차원으로 사용할 수 있도록 했습니다.”

에 발표된 연구 광학Optica Publishing Group의 영향력 있는 연구 저널은 이 새로운 기술이 저장되는 정보의 양을 늘리는 동시에 검색을 더 쉽게 만들 수 있음을 보여줍니다.

Tan은 “추가 개발 및 상용화를 통해 이러한 유형의 다차원 홀로그램 데이터 스토리지는 더 작은 데이터 센터와 보다 효율적인 대규모 보관 스토리지를 가능하게 하는 동시에 데이터 처리 및 전송 효율성을 향상시킬 수 있습니다”라고 말했습니다. “또한 보다 안전한 데이터 전송, 광학 암호화 및 고급 이미징에 기여할 수 있습니다.”

양극화를 사용하여 데이터 인코딩 확장

홀로그램 스토리지에서는 정보가 레이저 광 패턴으로 생성된 이미지와 유사한 데이터 페이지로 저장됩니다. 인코딩은 디지털 데이터를 이러한 페이지로 변환하고, 디코딩은 이를 다시 사용 가능한 정보로 변환합니다.

빛은 더 많은 데이터를 전달하는 데 사용할 수 있는 여러 가지 속성을 갖고 있지만 실제로는 이를 효과적으로 결합하는 것이 어렵습니다. 이를 극복하기 위해 연구진은 재구성 중에 빛의 편광 상태를 보존하는 텐서 기반 편광 홀로그래피라는 방법을 개선했습니다. 이는 편광을 추가 정보를 저장하기 위한 신뢰할 수 있는 채널로 만듭니다.

이 작업을 바탕으로 팀은 3D 변조 인코딩 전략을 만들었습니다. 두 개의 수직 편광 상태의 강도와 위상을 조정하고 이중 위상 홀로그램 기술을 적용함으로써 단일 위상 전용 공간 광 변조기가 광학장에서 진폭, 위상 및 편광을 함께 인코딩할 수 있게 되었습니다.

다차원 광 데이터의 AI 디코딩

표준 센서는 빛의 강도(진폭)만 측정하고 위상이나 편광을 직접 감지할 수 없기 때문에 이러한 결합된 정보를 디코딩하는 것은 어렵습니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구원들은 회절 강도 이미지에서 세 가지 유형의 데이터를 모두 복구하기 위해 회절 신경망과 함께 텐서-편광 홀로그래피 이론을 사용했습니다.

신경망은 두 개의 보완적인 회절 이미지(하나는 수직 편광판을 사용하여 캡처하고 다른 하나는 수직 편광판을 사용하지 않고 캡처함)를 사용하여 훈련됩니다. 이러한 이미지를 분석함으로써 모델은 진폭, 위상 및 편파와 연결된 패턴을 식별하는 방법을 학습합니다. 이를 통해 세 가지 모두를 동시에 재구성하여 저장 밀도를 향상하고 데이터 전송 속도를 높일 수 있습니다.

더 빠르고 더 큰 용량의 데이터 저장을 향하여

개념을 확인한 후 연구원들은 편광에 민감한 물질 내에서 인코딩된 광학장을 기록하고 재구성할 수 있는 소형 시스템을 구축했습니다. 테스트하는 동안 강도 이미지를 분석하여 진폭, 위상 및 편광과 관련된 특징을 감지했습니다. 그런 다음 이를 신경망의 입력으로 사용하여 강도 기반 측정만 사용하여 완전한 3D 재구성을 가능하게 했습니다.

“전반적으로 우리의 결과는 다차원 조인트 인코딩이 단일 홀로그램 데이터 페이지에 전달되는 정보를 실질적으로 증가시켜 저장 용량을 향상시키는 것으로 나타났습니다.”라고 Tan은 말했습니다. “또한 신경망 동기 디코딩은 복잡한 측정 및 단계별 재구성의 필요성을 줄여 보다 효율적인 판독 및 디코딩을 지원합니다. 이는 대용량, 높은 처리량의 홀로그램 데이터 저장을 향한 실용적인 경로를 가능하게 할 수 있습니다.”

실제 응용을 위한 다음 단계

연구진은 이 시스템이 아직 연구 단계에 있으며 상업적으로 사용되기 전에 추가 개발이 필요하다고 강조합니다. 향후 작업에서는 인코딩에 사용되는 회색 레벨을 높여 용량을 더욱 확장하고 기록 자료의 장기 안정성, 균일성 및 반복성을 향상시키는 데 중점을 둘 것입니다.

그들은 또한 이 방법을 체적 홀로그램 다중화 기술과 통합하여 여러 페이지와 데이터 채널을 한 번에 저장할 수 있도록 할 계획입니다. 실제 조건에서 더 빠르고 안정적인 데이터 검색을 달성하려면 광학 하드웨어와 디코딩 알고리즘 간의 통합을 강화하는 것이 필수적입니다.

여러 실험에서 연구원들은 동일한 데이터를 해석하는 다른 방법을 일관되게 식별했습니다. 이전 연구에서는 이러한 결과를 양자 컴퓨팅의 주요 진전으로 제시했으며 주요 과학 저널에 발표했습니다. 그러나 후속 복제 연구는 동일한 저널로부터 승인을 얻는 데 어려움을 겪었습니다. 편집자들은 복제 작업에 참신함이 부족하거나 해당 분야가 이미 몇 년 후에 진행되었다는 이유로 이를 거부하는 경우가 많았습니다. 실제로 복제 연구에는 상당한 시간, 자원, 신중한 실험이 필요하며 의미 있는 과학적 질문은 그렇게 빨리 구식이 되지 않습니다.

증거를 결합하고 개혁을 촉구하다

사례를 강화하기 위해 연구원들은 여러 복제 노력을 토폴로지 양자 컴퓨팅에 초점을 맞춘 하나의 포괄적인 논문으로 통합했습니다. 그들의 목표는 두 가지였습니다. 특히 더 완전한 데이터 세트를 분석할 때 중요한 혁신을 확인하는 것처럼 보이는 눈에 띄는 실험 신호도 때로는 다른 방식으로 설명될 수 있음을 보여주고 연구 수행 및 검토 방법에 대한 개선을 제안하는 것입니다. 이러한 제안된 변경 사항에는 더 많은 데이터 공유와 실험 결과의 신뢰성을 향상시키기 위한 대체 해석에 대한 더 많은 공개 토론이 포함됩니다.

출판까지의 긴 여정

이러한 결론을 받아들이는 데는 시간이 걸렸습니다. 더 넓은 과학계는 초기 해석이 불완전할 수 있는 가능성을 고려하기 전에 광범위한 토론과 토론이 필요했습니다. 이 논문은 2023년 9월에 제출된 후 2년간의 기록적인 동료 및 편집 검토를 거쳤습니다. 최종적으로 저널에 게재되었습니다. 과학 2026년 1월 8일.

피츠버그 대학의 물리학 교수인 Sergey Frolov와 미네소타 및 그르노블의 공동 저자를 포함한 과학자 그룹은 나노 규모 초전도 또는 반도체 장치의 위상 효과를 중심으로 여러 복제 연구를 수행했습니다. 이 분야는 양자 정보를 오류로부터 보호하면서 양자 정보를 저장하고 조작하는 가상의 방법인 위상학적 양자 컴퓨팅을 가져올 수 있기 때문에 중요합니다.

모든 경우에 그들은 유사한 데이터에 대한 대안적인 설명을 찾았습니다. 원본 논문은 양자 컴퓨팅의 발전을 주장하고 최고의 과학 저널에 게재되었지만 개별 후속 논문은 동일한 저널의 편집자를 통과하지 못했습니다. 거부 이유에는 복제품이므로 참신하지 않다는 것이 포함되었습니다. 몇 년 후에 이 분야는 계속 발전했습니다. 그러나 복제에는 시간과 노력이 필요하며 실험은 리소스 집약적이며 하룻밤 사이에 이루어질 수 없습니다. 그리고 중요한 과학은 시간이 지나도 무관해지지 않습니다.

그런 다음 과학자들은 동일한 토폴로지 양자 컴퓨팅 분야의 여러 복제 시도를 단일 논문으로 통합했습니다. 목표는 두 가지였습니다. 특히 더 완전한 데이터 세트를 고려할 때 주요 혁신과 일치하는 것처럼 보일 수 있는 매우 극적인 서명에도 다른 설명이 있을 수 있음을 입증하고 실험 결과의 신뢰성을 높일 수 있는 잠재력이 있는 연구 및 동료 검토 프로세스의 변경 사항을 간략하게 설명합니다. 즉, 더 많은 데이터를 공유하고 대체 설명을 공개적으로 논의하는 것입니다.

커뮤니티의 나머지 부분이 이 가능성을 받아들이는 데는 상당한 시간과 논쟁이 필요했습니다. 이 논문은 동료 및 편집자 검토를 받는 데 2년이라는 기록적인 시간을 보냈습니다. 2023년 9월에 제출되었습니다. 2026년 1월 8일 Science 저널에 게재되었습니다.

규모를 넘어서, 이 획기적인 발전은 장기 데이터 저장에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 자기 드라이브나 전자 시스템과 같은 기존 스토리지 기술은 몇 년 내에 성능이 저하되는 경향이 있습니다. 대조적으로 정보를 세라믹 재료로 인코딩하면 수백 년, 심지어 수천 년 동안 정보를 보존할 수 있습니다.

나노 규모에서 안정적이고 판독 가능

“우리가 여기서 만든 구조는 너무 미세해서 광학 현미경으로는 전혀 볼 수 없습니다”라고 TU Wien 소재 과학 기술 연구소의 Paul Mayrhofer 교수는 말합니다. “그러나 그것은 정말 놀라운 부분조차 아닙니다. 마이크로미터 규모의 구조는 오늘날 특이한 것이 아닙니다. 개별 원자로 만들어진 패턴을 제작하는 것도 가능합니다. 그러나 그것만으로는 안정적이고 판독 가능한 코드가 생성되지 않습니다.”

극히 작은 규모에서 원자는 위치를 이동하거나 간격을 채울 수 있으며 이로 인해 저장된 데이터가 지워질 수 있습니다. “우리가 한 일은 근본적으로 다른 것입니다”라고 Mayrhofer는 설명합니다. “우리는 작지만 안정적이고 반복적으로 읽을 수 있는 QR 코드를 만들었습니다.”

세라믹 소재로 내구성 있는 데이터 저장 가능

이 성과의 핵심은 소재 자체에 있습니다. Erwin Peck과 Balint Hajas는 “우리는 고성능 절삭 공구 코팅에 사용되는 것과 같은 얇은 세라믹 필름에 대한 연구를 수행하고 있습니다.”라고 설명합니다. “고성능 도구의 경우 극한 조건에서도 재료가 안정적이고 내구성을 유지하는 것이 필수적입니다. 이것이 바로 이러한 재료가 데이터 저장에 이상적인 이유입니다.”

연구진은 집속된 이온빔을 사용하여 QR 코드를 얇은 세라믹 층에 새겼습니다. 각 픽셀의 크기는 49나노미터에 불과하며, 이는 가시광선 파장보다 약 10배 더 작습니다. 결과적으로 정상적인 조건에서는 패턴이 완전히 보이지 않으며 가시광선을 사용하여 확인할 수 없습니다. 그러나 전자현미경으로 보면 QR코드를 명확하고 확실하게 읽을 수 있습니다.

수납력도 인상적이다. 이 접근 방식을 사용하면 2TB 이상의 데이터가 A4 용지 한 장의 영역에 들어갈 수 있습니다. 기존 스토리지 시스템과 달리 이러한 세라믹 데이터 매체는 영구적으로 그대로 유지될 수 있으며 저장된 정보를 유지하는 데 에너지가 필요하지 않습니다.

장기 데이터 보존에 대한 새로운 접근 방식

Alexander Kirnbauer는 “우리는 정보화 시대에 살고 있지만 놀라울 정도로 수명이 짧은 미디어에 지식을 저장합니다.”라고 말합니다. 자기 및 전자 저장 장치는 특히 지속적인 전원, 냉각 및 유지 관리 없이 단 몇 년만 지나면 데이터가 손실되는 경우가 많습니다. 반면, 고대 문명은 지식을 돌에 새겨 수천 년 동안 보존할 수 있었습니다.

“세라믹 저장 매체를 통해 우리는 오늘날에도 여전히 읽을 수 있는 비문을 읽을 수 있는 고대 문화와 유사한 접근 방식을 추구하고 있습니다.”라고 Kirnbauer는 말합니다. “우리는 시간이 지나도 견딜 수 있고 미래 세대가 완전히 접근할 수 있는 안정적이고 불활성인 자료에 정보를 기록합니다.”

또 다른 주요 장점은 에너지 효율성입니다. 상당한 전력과 냉각이 필요한 최신 데이터 센터와 달리 세라믹 기반 스토리지는 지속적인 에너지 투입 없이 정보를 보존할 수 있어 환경에 미치는 영향을 줄이는 데 도움이 됩니다.

기네스 기록 및 향후 응용 분야

기록적인 QR 코드와 전자 현미경 판독을 포함한 검증 프로세스는 TU Wien과 Cerabyte가 증인 앞에서 공동으로 수행했습니다. 비엔나 대학교는 독립적인 검증기관 역할을 했습니다. TU Wien은 USTEM 센터에 고해상도 전자 현미경과 함께 첨단 재료 과학 시설을 제공했습니다. 그 결과는 이제 기네스에 의해 공식적으로 인정되었으며, 새로운 QR 코드의 크기는 이전 기록 보유자 크기의 37%에 불과했습니다.

“현재 확인된 세계 기록은 매우 유망한 개발의 시작일 뿐입니다.”라고 Alexander Kirnbauer는 말합니다. “우리는 이제 다른 재료를 사용하고 기록 속도를 높이며 확장 가능한 제조 공정을 개발하여 세라믹 데이터 저장 장치가 실험실뿐만 아니라 산업 응용 분야에서도 사용될 수 있도록 하는 것을 목표로 하고 있습니다. 동시에 단순한 QR 코드를 훨씬 넘어서는 더 복잡한 데이터 구조를 어떻게 견고하고 신속하며 에너지 효율적으로 세라믹 박막에 기록하고 안정적으로 읽을 수 있는지 조사하고 있습니다.”

이 작업은 최소한의 에너지 사용으로 정보를 장기간 안전하게 보존할 수 있는 데이터 스토리지의 보다 지속 가능한 미래를 지향합니다.

에 발표된 연구에서 미국 화학 학회지 3월 25일, 일본 규슈 대학의 과학자들은 독일 요하네스 구텐베르크 대학(JGU) 마인츠의 공동 연구자와 협력하여 이 장벽을 뛰어넘을 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다. 그들은 “스핀플립(spin-flip)” 이미터로 알려진 몰리브덴 기반 금속 복합체를 사용하여 일중항 핵분열(SF)을 통해 생성된 추가 에너지를 포착했습니다. 이는 종종 광 변환 개선을 위한 “꿈의 기술”로 설명됩니다.

이 접근 방식을 통해 팀은 기존의 100% 한계를 초과하고 보다 발전된 태양광 기술을 지향하면서 약 130%의 에너지 변환 효율을 달성했습니다.

태양전지의 작동 원리와 에너지가 손실되는 이유

태양전지는 햇빛의 광자가 반도체에 부딪혀 에너지를 전자에 전달하여 전자를 움직이게 하고 전류를 생성할 때 전기를 생산합니다. 이 과정은 에너지가 한 입자에서 다른 입자로 전달되는 릴레이와 비교할 수 있습니다.

그러나 모든 광자가 똑같이 유용한 것은 아닙니다. 저에너지 적외선 광자는 전자를 활성화할 만큼 에너지가 충분하지 않은 반면, 청색광과 같은 고에너지 광자는 여분의 에너지를 열로 잃습니다. 이 때문에 태양전지는 들어오는 햇빛의 약 1/3만 활용할 수 있습니다. 이 제약 조건은 Shockley-Queisser 한계로 알려져 있으며 여전히 주요 과제로 남아 있습니다.

단일항 핵분열은 에너지를 증폭시키는 방법을 제공합니다

규슈대학교 공과대학 부교수인 사사키 요이치(Yoichi Sasaki)는 “우리는 이 한계를 돌파하기 위한 두 가지 주요 전략을 가지고 있습니다.”라고 말했습니다. “하나는 저에너지 적외선 광자를 고에너지 가시 광자로 변환하는 것입니다. 다른 하나는 SF를 사용하여 단일 엑시톤 광자에서 두 개의 엑시톤을 생성하는 것입니다.”

정상적인 조건에서 각 광자는 여기 후 단 하나의 스핀-단일항 엑시톤을 생성합니다. SF를 사용하면 이 단일 엑시톤이 두 개의 저에너지 스핀-삼중항 엑시톤으로 분할되어 사용 가능한 에너지를 효과적으로 두 배로 늘릴 수 있습니다. 테트라센과 같은 특정 물질이 이 공정을 지원할 수 있지만 이러한 엑시톤을 효율적으로 포착하는 것은 어려운 것으로 입증되었습니다.

FRET로 인한 에너지 손실 극복

“에너지는 곱셈이 일어나기 전에 Förster 공명 에너지 전달(FRET)이라는 메커니즘에 의해 쉽게 ‘도난’될 수 있습니다.”라고 Sasaki는 설명합니다. 따라서 우리는 핵분열 후 증폭된 삼중항 엑시톤을 선택적으로 포착하는 에너지 수용체가 필요했습니다.

이 문제를 해결하기 위해 연구진은 정밀하게 가공할 수 있는 금속 복합체로 눈을 돌렸습니다. 그들은 몰리브덴 기반의 “스핀플립(spin-flip)” 이미터를 효과적인 솔루션으로 확인했습니다. 이 시스템에서 전자는 근적외선을 흡수하거나 방출하는 동안 스핀을 변경하여 SF에서 생성된 삼중항 에너지를 포착할 수 있습니다.

에너지 수준을 신중하게 조정함으로써 팀은 FRET로 인한 손실을 최소화하고 증폭된 엑시톤의 효율적인 추출을 가능하게 했습니다.

협업과 실험적 성공

“JGU 마인츠의 Heinze 그룹이 없었다면 우리는 이 지점에 도달할 수 없었을 것입니다”라고 Sasaki는 말합니다. 큐슈대학 교환방문 그룹의 대학원생이자 논문의 두 번째 저자인 아드리안 사우어(Adrian Sauer)는 그곳에서 오랫동안 연구된 자료에 팀의 관심을 가져왔고 협력으로 이어졌습니다.

용액에서 테트라센 기반 물질과 결합하면 시스템은 약 130%의 양자 수율로 에너지를 성공적으로 수확했습니다. 이는 흡수된 모든 광자에 대해 약 1.3개의 몰리브덴 기반 금속 착물이 활성화되어 일반적인 한계를 초과했으며 들어오는 광자보다 더 많은 에너지 운반체가 생성되었음을 입증합니다.

미래 태양광 및 양자 기술 응용

이 연구는 아직 개념 증명 단계에 있지만 엑시톤 증폭을 위한 새로운 전략을 소개합니다. 연구팀은 이러한 물질을 고체 시스템에 통합하여 에너지 전달을 개선하고 실용적인 태양전지 응용에 더 가까이 다가가는 것을 목표로 합니다.

이 발견은 또한 태양 에너지뿐만 아니라 LED 및 신흥 양자 기술에서도 잠재적인 용도로 단일항 핵분열과 금속 착물을 결합하는 추가 연구를 장려할 수 있습니다.

M형 왜성은 우리 태양보다 더 작고, 더 차갑고, 어둡지만, 대부분은 지구 크기 정도의 암석 행성을 하나 이상 갖고 있습니다. 이러한 세계 중 다수는 생명에 우호적이지 않은 것으로 간주됩니다. 너무 뜨겁거나, 안정적인 대기가 부족하거나, 빈번한 플레어와 강렬한 방사선에 노출될 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 그들은 별이 행성 주변 환경에 어떻게 영향을 미치는지 연구할 수 있는 귀중한 기회를 제공합니다.

“별은 행성에 영향을 미칩니다. 이는 명백합니다. 우리가 관찰하는 데 능숙한 빛과 먼 거리에서 연구하기가 더 어려운 태양풍 및 자기 폭풍과 같은 입자 또는 우주 날씨를 통해 영향을 미칩니다. “라고 Bouma는 설명했습니다. “그리고 그것은 매우 실망스럽습니다. 왜냐하면 우리는 우리 태양계에서 입자가 때때로 행성에 일어나는 일에 더 중요할 수 있다는 것을 알고 있기 때문입니다.”

항성 우주 날씨를 연구하는 새로운 방법

우주 날씨를 측정하기 위해 먼 별 주위에 장비를 직접 배치하는 것은 불가능합니다.

아니면 그럴까요?

세인트 앤드루스 대학의 Moira Jardine과 함께 연구하는 Bouma는 복소 주기 변수로 알려진 특이한 종류의 M형 왜성에 초점을 맞췄습니다. 이 어린 별들은 빠르게 회전하며 밝기가 반복적으로 낮아지는 모습을 보입니다. 과학자들은 이러한 하락이 별의 어두운 점으로 인해 발생했는지 아니면 근처를 공전하는 물질로 인해 발생했는지 확신할 수 없었습니다.

Bouma는 “오랫동안 아무도 이러한 이상한 조그마한 조광 현상을 어떻게 처리해야 할지 알지 못했습니다.”라고 말했습니다. “그러나 우리는 그들이 별 표면 바로 위의 환경에 대해 우리에게 무엇인가를 말해 줄 수 있다는 것을 입증할 수 있었습니다.”

플라즈마 링은 천연 우주 기상 관측소처럼 작동합니다.

더 자세히 조사하기 위해 팀은 이들 별 중 하나에 대한 “분광 영화”를 만들었습니다. 그들의 분석에 따르면 밝기 조절은 별의 자기권 내에 갇혀 있는 상대적으로 차가운 플라즈마의 큰 구름에서 비롯되는 것으로 나타났습니다. 이 플라즈마 덩어리는 별의 자기장에 의해 운반되어 토러스라고 불리는 도넛 모양의 구조를 형성합니다.

Bouma는 “우리가 이것을 이해한 후에는 밝기가 어두워지는 현상이 더 이상 이상한 작은 미스터리가 아니었고 우주 기상 관측소가 되었습니다”라고 말했습니다. “플라즈마 토러스는 물질이 어디에 집중되어 있는지, 어떻게 움직이는지, 별의 자기장에 의해 얼마나 강하게 영향을 받는지 등을 포함하여 이 별 근처의 물질에 무슨 일이 일어나고 있는지 알 수 있는 방법을 제공합니다.”

Bouma와 Jardine은 M형 왜성의 최소 10%가 초기 단계에서 이러한 플라즈마 구조를 가질 수 있다고 추정합니다. 이는 천문학자들이 이를 사용하여 별 입자가 행성 환경에 어떻게 영향을 미치는지 더 잘 이해할 수 있음을 의미합니다.

이것이 외계 세계에 미치는 영향

Bouma의 다음 목표는 토러스의 물질이 별 자체에서 나온 것인지 외부 소스에서 나온 것인지를 결정하는 것입니다.

Bouma는 “이것은 우연한 발견의 훌륭한 예입니다. 우리가 발견할 것이라고 기대하지는 않았지만 행성과 별의 관계를 이해할 수 있는 새로운 창을 제공할 것”이라고 결론지었습니다. “M형 왜성 주위를 도는 행성이 생명체가 살기에 좋은지 아직은 알 수 없지만 우주 날씨가 그 질문에 답하는 데 중요한 부분이 될 것이라고 확신합니다.”

에 발표된 새로운 국제 연구 커뮤니케이션: 지구 및 환경 과학자들이 이 미스터리를 해결하는 데 더 가까이 다가갈 수 있게 해줍니다. 연구원들은 이전에는 이 과정에서 거의 역할을 하지 않는다고 생각되었던 북반구 여름 동안 비정상적으로 강렬하지만 국지적인 먼지 폭풍이 수증기를 화성 대기로 높이 밀어 올릴 수 있다는 것을 발견했습니다.

IAA-CSIC(Instituto de Astrofísica de Andalucía) 연구원이자 이번 연구의 공동 저자인 아드리안 브라인스(Adrián Brines)는 도쿄 대학 프론티어 과학 대학원 및 도호쿠 과학 대학원 연구원 아오키 쇼헤이(Shohei Aoki)와 함께 이번 연구 결과는 이러한 유형의 폭풍이 지구의 기후 변화에 미치는 영향을 밝히고 시간이 지남에 따라 화성이 어떻게 많은 양의 물을 잃었는지 이해할 수 있는 새로운 길을 열었습니다. 대학.

큰 영향을 미치는 작은 폭풍

먼지 폭풍은 오랫동안 화성의 물 손실과 관련되어 있었지만 대부분의 연구는 행성 전체에 걸친 대규모 사건에 중점을 두었습니다. 이 새로운 연구는 더 작은 지역 폭풍이 물을 더 높은 고도로 끌어 올려 더 쉽게 우주로 탈출할 수 있게 함으로써 강력한 역할을 할 수 있음을 보여줍니다. 이전 연구에서는 또한 남반구의 여름을 물 손실의 주요 기간으로 강조하여 북반구의 이번 발견을 특히 놀랍게 만들었습니다.

화성력 37년(지구에서는 2022~2023년)에 과학자들은 이 특이한 폭풍과 관련하여 중간 대기에서 수증기가 급격히 증가하는 것을 관찰했습니다. 그 높이에서는 수위가 평소의 10배에 달했습니다. 이러한 극적인 증가는 이전에는 볼 수 없었고 기존 기후 모델에서도 예측되지 않았습니다.

수소 탈출은 물 손실을 드러냅니다

얼마 지나지 않아 연구자들은 화성의 대기가 우주로 전환되는 경계인 외계 베이스에서 수소가 크게 증가한 것을 발견했습니다. 같은 시즌 동안 수소 수준은 이전보다 2.5배 증가했습니다. 탈출하는 수소를 추적하는 것은 물 분자가 분해될 때 형성되어 화성이 얼마나 많은 물을 잃고 있는지에 대한 직접적인 단서를 제공하기 때문에 매우 중요합니다.

“이러한 결과는 화성이 어떻게 수십억 년에 걸쳐 물을 잃어버렸는지에 대한 불완전한 수수께끼에 중요한 새로운 조각을 추가하고 짧지만 강렬한 에피소드가 화성의 기후 진화에 관련 역할을 할 수 있음을 보여줍니다.”라고 Aoki(도쿄 대학 및 도호쿠 대학)는 결론을 내렸습니다.

여러 화성 임무에서 얻은 데이터

이 연구는 여러 화성 임무와 관련된 국제 협력을 통해 수집된 데이터를 기반으로 합니다. 여기에는 ESA의 ExoMars 임무(2016)의 추적 가스 궤도선(TGO)과 NOMAD 장비, NASA의 MRO(Mars Reconnaissance Orbiter) 및 EMM(Emirates Mars Mission)의 관측이 포함되며 모두 현재 화성 주변 궤도에서 작동하고 있습니다.

자기 소용돌이는 크기가 마이크로미터 또는 나노미터에 불과한 니켈-철과 같은 재료로 만들어진 초박형 디스크에서 형성됩니다. 이러한 구조 내부에는 소형 나침반 바늘처럼 작동하는 작은 자기 모멘트가 원형 패턴으로 정렬됩니다. 방해를 받으면 경기장 관중이 조화로운 “파도”를 수행하는 것과 유사한 방식으로 파도가 시스템을 통해 파급됩니다. 각각의 자기 모멘트는 약간 기울어지며 그 움직임을 다음 순간으로 전달하여 연쇄 반응을 일으킵니다. 이러한 집합적인 파동과 같은 여기를 마그논이라고 합니다.

“이러한 마그논은 전하 수송 없이 자석을 통해 정보를 전송할 수 있습니다”라고 HZDR 이온빔 물리학 및 재료 연구소의 프로젝트 리더인 Helmut Schultheiß 박사는 설명합니다. “이 기능은 차세대 컴퓨팅 기술 연구에 매우 매력적입니다.”

작은 자기 디스크의 예상치 못한 주파수 빗

연구자들은 특히 작은 자기 디스크를 실험하여 수 마이크로미터에서 불과 수백 나노미터로 축소했습니다. 그들의 목표는 디스크 크기가 정보 처리에 대한 뇌에서 영감을 받은 접근 방식인 뉴로모픽 컴퓨팅에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 탐구하는 것이었습니다. 그런데 데이터를 분석하던 중 특이한 점을 발견했습니다. 단일 공명 신호 대신 일부 디스크는 일련의 긴밀한 간격의 선을 생성하여 주파수 빗이라고 알려진 신호를 형성했습니다.

Schultheiß는 “처음에는 측정 인공물이나 일종의 간섭이라고 가정했습니다.”라고 회상합니다. “그러나 실험을 반복하자 효과가 다시 나타났습니다. 바로 그때 우리가 진정으로 새로운 것을 보고 있다는 것이 분명해졌습니다.”

회전하는 소용돌이 코어가 새로운 진동 상태를 구동합니다.

이 설명은 19세기에 주기적인 힘에 노출된 시스템이 완전히 새로운 진동 상태를 개발할 수 있음을 보여준 프랑스 수학자 Gaston Floquet의 작업으로 거슬러 올라갑니다. 일반적으로 이러한 Floquet 상태를 생성하려면 종종 강렬한 레이저 펄스에 의해 전달되는 큰 에너지 입력이 필요합니다.

이 경우, 연구자들은 마그논에 충분한 에너지가 공급되면 자기 소용돌이가 자연스럽게 플로케(Floquet) 상태를 생성할 수 있음을 발견했습니다. 마그논은 에너지의 일부를 소용돌이 중심으로 전달하여 중심 주위의 작은 원형 경로로 움직이게 합니다. 이 작은 움직임조차도 자기 상태를 리드미컬하게 변경하기에 충분합니다.

실험에서는 이것이 주파수 빗으로 나타납니다. 하나의 날카로운 신호 대신, 순수한 톤이 고조파로 분할되는 방식과 유사하게 균등한 간격으로 여러 개의 선이 나타납니다. Schultheiß는 “이렇게 미세한 핵심 운동이 친숙한 마그논 스펙트럼을 완전히 새로운 상태로 변환하는 데 충분하다는 사실에 놀랐습니다.”라고 말했습니다.

큰 잠재력을 지닌 초저에너지 혁신

발견의 가장 놀라운 측면 중 하나는 필요한 에너지가 얼마나 적다는 것입니다. 이전 방법은 고출력 레이저에 의존했지만 이 효과는 스마트폰이 대기 모드에서 사용하는 것보다 훨씬 적은 마이크로와트의 전력으로 발생할 수 있습니다.

이러한 효율성은 새로운 가능성을 열어줍니다. 이러한 방식으로 생성된 주파수 빗은 초고속 테라헤르츠 신호를 기존 전자 장치 또는 양자 장치와 연결하여 매우 다른 시스템을 동기화하는 데 도움이 될 수 있습니다. Schultheiß는 “우리는 이를 범용 어댑터라고 부릅니다.”라고 설명합니다. “USB 어댑터를 사용하면 서로 다른 커넥터가 있는 장치가 함께 작동할 수 있듯이 Floquet 마그논은 호환되지 않는 주파수를 연결할 수 있습니다.”

미래 컴퓨팅과 양자 통합을 향하여

연구팀은 동일한 메커니즘이 다른 자기 구조에도 적용될 수 있는지 조사할 계획이다. 이번 발견은 마그논 기반 신호, 전자 회로 및 양자 구성 요소 간의 통신을 가능하게 함으로써 미래 컴퓨팅 시스템 개발에 중요한 역할을 할 수 있습니다.

Schultheiß는 “한편으로 우리의 발견은 자기의 근본적인 문제를 해결하기 위한 새로운 길을 열어준다”고 강조합니다. “다른 한편으로는 전자, 스핀트로닉스, 양자 정보 기술 영역을 상호 연결하는 귀중한 도구 역할을 할 수 있습니다.”

자기 소용돌이의 모든 측정과 여러 장비의 데이터 분석은 실험실 자동화 도구로 사용할 수 있는 HZDR에서 개발된 Labmule 프로그램을 사용하여 수행되었습니다.