초저온 페르미온을 이용한 위상학적 Haldane 모델에 대한 실험적 증명

양자 홀 효과(quantum Hall effect)는 위상학적으로 가장자리 상태를 보호하며, 오랫동안 외부 자기장이 존재할 경우에만 나타나는 것으로 생각되어 왔다. 하지만, 1988년에 Duncan Haldane은 이러한 독특한 일렉트로닉스 구조가 이러한 조건이 없는 경우에도 나타날 수 있다는 사실을 확인할 수 있는 모델을 제시하였다. 그는 조금씩 비켜 쌓은 흐름을 가진 벌집 모양 격자 내에서 재료 자체 만으로도 이러한 양자 홀 효과가 나타난다는 사실을 입증하였다. 이러한 개념을 뒷받침하는 원칙은 위상학적 절연체를 디자인 하면서 얻어졌지만, Haldane 모델은 실험실에서 실제로 관측할 수 없었다. 이번 주 네이처에 발표된 두 연구팀의 연구 논문에서는 Haldane 모델과 관련된 연구 결과가 발표되었다. Gregor Jotzu 등은 Haldane 모델에 대해 최초로 인식하게된 결과를 발표하였으며, Pedram Roushan 등은 모델을 어떻게 정확히 측정할 수 있는지에 대해서 발표하였다. Jotzu 등은 초저온 페르미온을 이용하여, 인접 부위 간의 격자 위치와 에너지 상쇄의 임프린팅을 통해서 모델의 가장 중요한 요소인 시간-역전 및 전도 축의 파괴를 인식하였다. Roushan 등은 두 개의 초전도 전극 사이에 조셉슨 교차점이 끼어 있는 초전도 양자 회로를 이용하여, ‘지몬’ 커플링 아키텍처로 불리는 새로운 실험적 방법을 통해 단일 큐비트 및 상호 작용 두 큐비트 모델을 이용하여 상호작용이 없는 형태의 Haldane 모델을 현실화 하였다. 이러한 두 연구팀의 실험을 통해서 모든 위상학적 구조를 공통적으로 가진 베리 곡면에 대한 측정을 통해서 두 경우 모두 특징을 분석할 수 있었다. [Letters, 237쪽]