양자기체 연구실 연구진은 극저온 원자로 구성된 이차원 보즈 기체를 이용하여 이차원 초유체 상전이의 미시기작을 연구하였다. 이차원 초유체 상전이의 특징들은 헬륨 필름, 초전도체 등의 이차원 물리계가 상전이 주변에서 보이는 거시적 성질들을 통해 오래 전부터 확인되어 왔으나, 양자 소용돌이 쌍맺음으로 대표되는 미시기작에 대한 직접적인 관측은 없었다. 연구진은 열평형 상태의 이차원 초유체 내에 존재하는 양자 소용돌이들의 공간 분포를 측정하고, 이들 위치의 간의 상관관계를 조사하여, 초유체 내에 양자 소용돌이 쌍맺음이 존재함을 규명하였다. 유한한 크기를 갖는 이차원 초유체는 낮은 온도에서 시스템 전체에 위상 결맞음성을 확장하며 Bose-Einstein condensate (BEC) 상태로 변화되는데, 본 논문의 연구진은 온도에 따른 양자 소용돌이 분포의 변화를 통해 이러한 BKT-BEC 교차현상을 확인하였다. 본 논문은 Editor's Suggestions으로 선정되었다.


참여 연구원: 최재윤, 서상원, 신용일