The Nanoscale Vegetable Garden(Subtitle : A Strange Co-existence of Radishes and Cabbages)
나노세계의 채소밭(부제 : 무와 배추의 기묘한 공존)

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Eunseok Oh
오은석

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Center for Artificial Low Dimensional Electronic Systems
원자제어 저차원 전자계 연구단

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Periodic green peaks appearing on the curved red ground remind us of fresh growing vegetables at regular intervals in a field. Among the vegetables, when you look closely, it is easy to figure out that the shapes between the left and right areas are different. In the upper left area, single green peaks appear periodically, as if the radishes are with their leaves growing up. On the other hand, triple green peaks appear in the lower right area, as if the cabbages are with their leaves spreading out. These two kinds of vegetables coexist in the field and their area is divided by an interfacial line in the middle. This image was taken by a scanning tunneling microscope at cryogenic temperatures of -269 degrees Celsius (4 K), which shows the surface atomic structure of NbSe₂ crystals in a charge density wave state. Peaks of various heights on the surface indicate Se atoms, and the green peaks with a specific period are due to the deformation of the atomic structure by a charge density wave. The coexistence of the two types of structures (the left radish area and the right cabbage area) of the charge density wave, which are energetically competing, provides an explanation for the cause of incommensuration of charge density wave of NbSe₂ which has been unresolved for decades.

굴곡진 붉은 바닥 위에 주기적으로 보이는 초록색 봉우리들이 일정한 고랑이 있는 채소밭을 닮았다. 이는 –269℃에서 전자현미경으로 촬영한 나이오븀 다이셀레나이드(NbSe₂) 표면 사진이다. 크고 작은 봉우리들은 셀레늄(Se) 원자로, 극저온에서 전하밀도파라는 구조적 변형을 겪어 주기적으로 채소가 자라난 모양이 되었다. 큰 초록 봉우리가 무청처럼 한 개씩 솟은 왼쪽 위 영역과 달리 오른쪽 아래 영역은 초록 봉우리 3개가 잎이 넓은 배추를 연상시킨다.
과학자들은 수십 년 간 나이오븀 다이셀레나이드(NbSe₂)의 표면 주기가 완벽히 맞지 않고 어딘가에서 주기가 깨짐을 관찰해 왔는데, 이 사진을 통해 무와 배추 두 가지 전하밀도파 형태가 공존함을 원자 수준에서 밝혔다. 사람이 서 있는 것보다 누운 자세를 선호하는 것처럼 물질도 가장 에너지가 덜 드는 구조를 취한다. 대부분 물질에서 가장 에너지가 덜 드는 구조는 한 가지 형태지만 이 경우 두 가지 형태가 공존해 눈길을 끈다.

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Center for Artificial Low Dimensional Electronic Systems