초록 ▼

본 연구에서는 위상절연체 개념의 출발점이었던 2차원 양자 스핀 홀 계의 1차원 표면 상태의 연구를 통하여, 그 성질이 여러 경쟁 에너지 척도에 대한 변화, 인접한 물질의 성질, 상호작용 등에 대하여 어떻게 변화하는지를 규명하였다. 이러한 연구를 통하여 2차원, 3차원 위상학적 절연체의 표면상태의 성질에 대한 이해의 깊이를 더할 수 있을 뿐 아니라, 응용성 있는 표면상태 설계에도 유용한 정보를 제공한다. 수송현상의 연구를 위해서는 표면 상태의 존재 여부를 넘어서, 표면상태가 가지고 있는 특이한 성질을 자세히 연구하여 이해하는 것 또한

본 연구에서는 위상절연체 개념의 출발점이었던 2차원 양자 스핀 홀 계의 1차원 표면 상태의 연구를 통하여, 그 성질이 여러 경쟁 에너지 척도에 대한 변화, 인접한 물질의 성질, 상호작용 등에 대하여 어떻게 변화하는지를 규명하였다. 이러한 연구를 통하여 2차원, 3차원 위상학적 절연체의 표면상태의 성질에 대한 이해의 깊이를 더할 수 있을 뿐 아니라, 응용성 있는 표면상태 설계에도 유용한 정보를 제공한다. 수송현상의 연구를 위해서는 표면 상태의 존재 여부를 넘어서, 표면상태가 가지고 있는 특이한 성질을 자세히 연구하여 이해하는 것 또한 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 이러한 위상절연체 표면 상태의 성질에 대한 이론적 심화 연구를 수행하였다.

본 연구에서는 위상절연체의 가장자리 상태를 해석적으로 다룰 수 있는 방법을 개발하였다. 기존의 양자우물구조에 적용하던 해석적 방법을 확장하여 Kane-Mele 모형에서의 가장자리 상태의 존재 여부 뿐 아니라 가장자리 상태의 성질들을 자세히 조사할 수 있는 해석적인 방법을 하였다. 이러한 해석적 방법을 통하여 가장자리 상태의 성질을 여러 가지 파라미터의 함수로 쉽게 연구할 수 있다는 장점이 있으며, zigzag edge에서 먼저 개발한 해석적 방법을 armchair edge에 적용할 수 있도록 확장하였다.

본 연구에서는 또한 맞닿은 부분의 경계가 zigzag 모양인 구조를 연구하였다. 연속적으로 에너지가 분포하는 덩어리 에너지 띠에는 절연갭이 있으며, 연속적인 에너지 띠들을 연결하는 리본의 나비방향으로 국소화된 상태가 네 개 존재함을 확인하였다. 경계상태의 공간 전하밀도를 조사하여, 이 경계상태가 표준 절연체에는 거의 침투하지 않는 반면, 위상 절연체에서는 전하밀도가 지수적으로 감소함을 보였다. 위상절연체에서의 경계 상태 유효 나비 표준 절연체의 부격자 퍼텐셜의 크기가 변함에 따라 변화함을 확인하였으며. 본 연구에서 조사한 계에서는 표준 절연체가 없는 경우에 비해 20%까지 증대시킬 수 있음을 알 수 있었다.

위상 절연체와 표준 절연체가 위-아래로 혼성되어 있는 층상구조 전자계에서의 위-스핀 전자의 에너지 밴드를 조사하여, 이 계에서도 덩어리 에너지 띠 간에는 에너지 갭이 존재하며, 이 띠들을 연결하는 네 개의 국소화된 상태를 확인할 수 있었다. 판상구조 전자계와 비교하여 특이한 성질은 이 경우에는 각 절연체의 두 가장자리 상태의 에너지 띠들이 모두 혼성되어 혼성 에너지갭을 나타내고 있다. 층상구조에서는 양쪽 가장자리에 있는 상태들이 모두 바로 아래 상태와 혼성될 수 있으므로, 혼성 에너지갭을 나타냄을 이해할 수 있다. 판상구조의 경우와 마찬가지로 부격자 퍼텐셜의 크기가 증가함에 따라 가장자리 상태의 위상절연체 부분의 유효 나비가 단조 감소함을 확인하였다. 이 구조에서도 위층의 부격자 퍼텐셜 크기를 변화시켜 위상 절연체의 가장자리 상태를 조절 할 수 있음을 발견하였다.

본 연구에서는 또한 상호작용이 있는 위상절연체에서 나타나는 가장자리 상태의 성질을 하트리-폭 근사를 사용하여 조사하였다. 상호작용의 크기가 작은 경우에도 가장자리에는 자기적 정렬 상태가 생김을 확인하였으며, 상호작용의 크기가 변화함에 따라 가장자리의 자기적 정렬상태의 유효 나비도 상호작용의 크기에 의존함을 확인하였다.
(출처:요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 8
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• Ⅲ. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 11