물질의 물리학 7장-9장 메모

미르
2022-07-03 18:29
92

이번 7장부터 9장까지는 대충 읽으면 그런가보다 하는데 자세히 보면 하나도 모르겠다는… 너무 어려웠음

 

221p - 223p 

그러나 그래핀에서는 정수 대신 반정수, 즉 1/2, 3/2, 5/2 이런 값으로 나눈 홀 저항이 관측됐다.

양자 홀 효과 치고는 상당히 비정상적인 양자 홀 효과였다.

반정수도 양자인가?

 

223p 

그래핀 속의 전자는 비록 느리지만 상대론적 입자의 거동을 잘 ‘흉내내고’ 있을 따름이다.

전자가 상대론적 입자처럼 ‘거동’ 했다란 어떤 이미지 인가? 움직였다도 아니고..

 

228p

호프스태터의 노력은 결실을 맺었고, 그는 이전까지 아무도 보지 못했던 희한한 전자 에너지 구조를 처음으로 얻었다.

희한한 전자 에너지 구조란? 전자 에너지 구조란?

 

294p

물질이란 무엇인가? 이런 질문에 대한 답을 독자들이 이 책 여기저기에서 찾길 바란다.

찾으셨나요? 

 

 

 

 

댓글 3
  • 2022-07-04 12:04

    와우~ 오늘은 과학세미나 마지막 시간입니다.

    책 뒷부분은 마치 소설책에서 클라이막스를 향해 몰아부치듯이 그렇게 읽었습니다. 새로운 물질의 합성과 실험과 이론의 얽히고 설킨 뒷이야기(앞이야기인가요..).. 그러다 보니 정말 미르님 말처럼 뭘 읽었나 싶긴한데, 이런 얘기를 박진감 넘치게 읽는 것은 저자의 의도인가 나의 자학 코드인가... 

     

    제게 가장 인상적인 부분은 (거의)모든 입자는 자석이라고 외치는 8장 양자자석 부분입니다. 자석이나 자기장은 어릴 때 가지고 놀던 자석 때문에 전기/전하/전류보다 익숙한데요. 자석의 본질이 20세기 양자역학이 발견되기 전까지 제대로 알려지지 않았다는 것. 20세기 물리학이 드디어 자석의 원리를 밝혔다고 하는 부분에서부터 흥미를 끌었습니다. (237p) 일반적으로 물질은 자석이 아니잖아요? 특수한 물질만 자성을 띄니까요. 철 같은 거. 여기서는 

    자성을 전자 스핀의 속성으로 설명합니다. 전자의 +와 - 스핀을 이용해서 자성이 0이 되기 때문에  보통 물질이 자석이 아니라고 합니다. 이렇게 전자가 자성에 연결되었다고 이전에 나왔던가요?? 저는 처음보는 것 같습니다. (238p) 자석의 원리를 이해하려면 이렇게 기본 입장인 전자의 속성부터 알아야 한다... 전자는 하나의 작은 자석이라고... 그럼 양성자는 어떨까? 양성자 역시 자석이다. 다만 전자 보다 1천배 정도 약한 자석이다. 중성자도 또한... 원자는 수십 개의 약한 자석(양성자와 중성자)과 수십 개의 강한 자석(전자)이 모인 복합체고, 따라서 원자 자신도 자석이 될 수 있다... 철원자는 대표적인 원자 자석이다.. 

     

    그리고 저자는 자석이 정보이며, 자석을 이용한 정보 저장 장치(MRI 같은)를 소개하는데요. 그에 앞서 전자의 스핀과 관련된 질문으로 자석이 정보를 집적 능력을 향상시켜 컴퓨터 하드디스크의 집적도가 높아졌다고 설명합니다. 네빌 모트의 질문은 다음과 같습니다. 

     

    (246P) 자석 중에는 전기를 잘 통하는 금속 자석도 있다. 이 물질 속을 움직이는 전자 중 일부는 그 스핀 방향이 그 물질 자체의 자화 방향과 나란할 것이고, 어떤 전자의 스핀은 정반대일 것이다. 전자가 그 금속을 따라 움직이는 유동성(저항의 반대말)은 전자의 스핀 방향에 따라 달라질까, 아니면 스핀과 무관하게 똑같을까?... 자석이 금속을 따라 흐르는 남전류와 여전류가 느끼는 저항은 동일한가? 아니면 다른가? 즉 일반 금속에서 통하던 '남저항=여저항' 등식이 자성 금속에서도 여전히 유효한지 알고 싶어했다. 

     

    페르는 박사논문에서 철/(자성없는)금속/철 이라는 샌드위치 모양의 물질을 만들어서, 금속 저항이 자화 방향과 무관하게 항상 일정한지를 실험하고자 했다. (248p) 두 철판의 자화 방향이 같을 때에 흐르는 전류의 양은 반대 방향일 때에 비해 2배 정도 많았다... 어떤 물질의 성질이 약간의 외부 조작을 통해 2배씩이나 바뀐다는 것은 그야말로 '거대한'변화다. '거대 자기저항'이란 이름을 붙일 만한 발견이다. 

  • 2022-07-04 13:09

    P270. : (위상 부도체)의 금속 껍질 층을 벗겨내면 새로 드러난 껍질이 대신 금속성을 띤다. 아무리 껍질을 벗겨내도 절연체를 둘러싼 금속막은 사라지지 않는다. --> 모든 물질을 금속과 비금속으로 나누던 편리한 분류법이 유효성을 상실하는 순간의 시작입니다 이렇듯 분류/선별이라는 편리한 도구 역시 생로병사를 겪는 과정이 가장 투명하게 드러나는 분야가 과학이 아닌가 하는 생각이 들어 옮겨 봤습니다. 

     

    P285.: 이상하게도 우리 일상생활에서는 반입자를 찾아볼 수가 없다. 입자와 반입자는 그 성격상 같은 공간에 공존하기가 대단히 어렵자. 전자와 반전자가 서로 만나면 거대한 양의 빛에너지를 방출하면서 함께 소멸한다.  --> 항상 혹은 대체로, 드러난 혹은 나타난 것들에 말못할 이면이 있을거란 보험 하나는 쥐고 살아야 하는거 아닐까요?

  • 2022-07-04 19:06

     P221-여기서 이야기하는 2차원이란 우리가 생각하는 '이차원의 형태를 띤'이라는 의미에서의 물질을 말하는 것이 아니었습니다. 그래핀 '평면'에서 거동하는 전자의 움직임을 보면 알 수 있듯, 운동할 수 있는 방향이 두 가지인 평면의 모습을 가진, 이라는 뜻이었습니다. 즉, 이는 두께는 가질 수 있으나 내부에서 움직이는 전자가 전후좌우로만 움직일 수 있다는 의미에서 2차원... 정말로 두께가 없는 2차원을 다룰 수 있는지 의문이었는데, 나름 문제가 풀린(?) 것 같습니다.

     

    P284-"(...)하지만 디랙처럼 섬세한 물리적 영혼을 가진 사람이라면, 아인슈타인 공식에 등장하는 제곱근에 살짝 거북함을 느낄 수 있다. 자연의 법칙은 단순해야 한다. 그런데 제곱근은 충분히 단순하질 않다."

    물론 이 부분은 반입자라는 것에 대한 결론이 나오는 추론의 과정의 일부이지만, 과연 자연의 법칙이 단순해야 하는지는 의문입니다. 통일장 이론을 만드려는 흐름부터 단순화를 시키고 또 그러한 지점에서 흥미를 느끼는 사람들도 많이 있지만, 과학이 쫓고 있는 '단순성'이 필요한지 의문입니다. 하지만 반대로 생각해보면 단순한 하나의 법칙으로 설명하려고 함으로써 과학의 발전이 이루어지는 것도 사실인 것 같습니다. 다른 분들의 의견도 듣고 싶습니다.

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