[한글요약]

Overview 본 연구는 쉽게 말해, 다양한 물질을 '쪼개고', '쌓고', '뒤집고', '깎고', '다듬고', '붙여서' 기초연구 및 응용연구를 할 수 있는 "나노소자 제작"과, 온도로 낮추어 (10 mK) 열적 잡음/들뜸을 없앤 상태에서 흥미로운 양자현상을 전기적 방법으로 관측하는 "극저온 양자수송측정" 두 파트로 나뉜다. 본 연구실은 이 두 파트를 모두 할 수 있는 충분한 실험장비를 갖추고 있으며, 그 외의 신물질 합성, Scanning probe 측정, 광학특성 측정등에 관한 연구는 국내외 경쟁력 있는 연구실과 공동으로 해 나갈 계획이다.

그래핀 (graphene) 2004년 처음발견된 그래핀(2010 노벨물리학상)은 밴드구조의 에너지(E)와 모멘텀(p)이 특이하게도 선형적인 관계를 가지며 (보통 물질의 밴드구조에서는 E가 p²에 비례, E=p²/2m) 상대론적 양자역학 (Relativistic quantum mechanics)을 고체물리계에서 연구할 수 있다는 가능성으로 기초물리학 연구자들의 비상한 관심을 끌어왔다. 이 외에도 원자두께로 얇고, 잘 구부러지고, 광학적으로 투명하고, 기계적으로 강하며, 전기가 잘통하고, 게이트를 통한 전기특성 조절이 용이하단 장점도 가지고 있어 다양한 나노소자 응용연구도 활발히 진행되고 있다. 대학원 소식지(현 POKAS ON)에 실렸던 초전도 양자컴퓨터에 관한 제 글을 참고바랍니다 (링크). 2013년도 콜롬비아 대학교 연구팀(김필립 교수)이 그래핀소자를 획기적으로 깨끗하게 만드는 기술의 개발한 것을 계기로, 이론적으로만 예측되었던 상대론적 현상들을 최근에서야 실험적으로 제대로 볼 수 있는 시대가 서서히 열리고 있다. 본 연구실에서는 이러한 그래핀에서만 볼 수 있는 상대론적 전자광학현상에 대해 탐구할 것이다. 또한 거시적 양자현상을 보이는 "초전도체"를 그래핀에 붙임으로써 상대론적 양자현상과 거시적 양자현상이 합쳐졌을 때 나타날 수 있는 현상에 대한 매우 흥미로운 실험을 계획하고 있다.

위상물질 (topological matter) 지난 수년간 고체물리학계에는 매우 신선한 바람이 불고 있다. 주로 수학자들만 사용하던 위상(topology)의 개념이 고체물리 시스템에 적용되기 시작한 것이다 (2016 노벨물리학상, 네이버캐스트 물리산책). 공 모양의 오렌지에 구멍을 뚫으면 도너츠와 같은 위상학적 구조로 만들 수 있다. 이것이 실공간(real space)상의 위상 이라면, 모멘텀공간(momentum space or k-space)상의 밴드구조도 위상학적으로 '꼬일' 수 있는데, 이런 '꼬인' 밴드구조를 갖은 물질을 위상물질이라고 한다. 구체적으로는 위상부도체 (Topologicla insulator), 위상준금속 (Topological semimetal), 위상초전도체 (Topological superconductor)등이 있으며, 특히 위상초전도체에서는 입자물리에서 예측되었던 (그리고 아직까지 발견되지 않은) Majorana fermion이란 새로운 (준)입자가 나타날 것으로 예측되고, 게다가 이를 이용해 위상양자컴퓨터(Topological quantum computer)를 만들 수 있다는 점에서 비상한 관심을 받고 있다.