초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구의 최종 목표는 전자 상호 작용-무질서-위상적 구조 사이의 결합 효과에 대하여 아래의 주제를 통하여 깊이 있게 논의하고자 한다. 특히, 페르미면에서의 전자들의 운동과 디락 전자들의 운동을 비교 분석하는 연구를 수행함으로써 위상적인 구조가 (디락 전자) 물질의 상호 작용과 무질서의 결합 효과에 어떠한 영향을 주는지 밝혀낸다.
● 3차원의 디락 금속과 바일 (Weyl) 금속에 자기적인 불순물들을 인위적으로 넣어서 위상적 구조-무질서-상호 작용이 결합된 물리 현상을 밝혀낸다. 본 연구는 디락 전

연구의 목적 및 내용
본 연구의 최종 목표는 전자 상호 작용-무질서-위상적 구조 사이의 결합 효과에 대하여 아래의 주제를 통하여 깊이 있게 논의하고자 한다. 특히, 페르미면에서의 전자들의 운동과 디락 전자들의 운동을 비교 분석하는 연구를 수행함으로써 위상적인 구조가 (디락 전자) 물질의 상호 작용과 무질서의 결합 효과에 어떠한 영향을 주는지 밝혀낸다.
● 3차원의 디락 금속과 바일 (Weyl) 금속에 자기적인 불순물들을 인위적으로 넣어서 위상적 구조-무질서-상호 작용이 결합된 물리 현상을 밝혀낸다. 본 연구는 디락 전자들의 운동이 페르미면의 전자들의 운동과 어떻게 다를 수 있는지에 초점을 맞춘다.
연구결과
본 연구는 다음의 세부 주제에 대하여 진행되었고 각 세부주제의 연구결과는 아래와 같다.

(1) 3차원 위상절연체 M_yBi_1-xSb_x (M=magnetic ions)에 대한 연구
다양한 자성 및 비자성의 원소를 3차원 디락금속인 Bi_0.96Sb_0.04에 치환하여 자기장이 인가된 상황에서의 전기전도 특성의 변화와 키랄변칙에 기인하는 음의 자기저항의 변화를 연구하였다. 다양한 원소 치환을 통하여 키랄변칙의 정도를 나타내는 Cw의 변수가 어떠한 전기 전도특성에 영향을 받게 되는가를 중점적으로 살펴보았다.

(2) Interplay between disorder and inversion symmetry: Extreme enhancement of the mobility near the Weyl point in BiTeI
BiTeI는 Bulk Rashba 시스템으로 알려져 있으며 전자구조에 노드를 가지고 있다. 본 연구를 통하여 BiTeI에서는 inversion symmetry breaking과 strong spin-orbit coupling으로 인하여 이 시스템이 새로운 universal class에 속하는 disorder fermi liquid일 수 있음을 확인하였다.

(3) Effect of disorder produced by proton irradiation on the 3D Dirac and Weyl metals
양성자 조사에 따른 무질서의 증가가 Bi_0.96Sb_0.04에서 키랄변칙에 기인하는 음의 자기저항에 어떠한 영향을 미치게 되는가를 연구하였다. 본 연구를 통하여 10¹¹ 개/cm²의 양성자가 조사된 경우에는 음의 자기저항이 완전히 사라지게 된다는 사실을 확인할 수 있었으며 이 보다 낮은 조사량에서는 음의 자기저항 (양의 전기전도도) 성분이 점진적으로 사라지게 됨을 확인할 수 있었다. 이 연구를 통하여 Cw 변수가 양성자 조사량에 어떠한 함수 형태로 의존하게 되는지를 확인할 수 있었다.

(4) Violation of Ohm’s law in a 3D Weyl metal as a direct evidence for chiral anomaly and charge pumping
바일금속의 상태에서는 옴의 법칙이 성립하지 않음을 실험적으로 확인하였으며 이것이 바일금속의 위상적인 구조와 깊은 상관관계에 있음을 밝혀내었다. 이러한 현상은 바일금속의 대표적인 특징이 됨을 확인하였다.

연구결과의 활용계획
본 연구를 통하여 3차원의 바일 금속에서 바일 노드라는 특별한 위상적인 구조로 인하여 기존의 금속에서는 관찰할 수 없었던 새로운 전도 현상이 나타날 수 있음을 밝혀내었다. 특히, 바일 금속에서는 전기전도도의 비선형성이 나타나게 되는데 이는 바일금속의 두 노드 사이에 키랄 전류가 보존되지 않는다는 사실과 깊은 연관성을 갖고 있다. 전기전도도에 비선형항이 있다는 사실은 바일금속이 시간에 따라 변하는 전기장과 자기장에서도 특이한 현상을 나타낼 수 있음을 의미한다. 이에 대한 연구는 전 세계적으로도 전무한 상황이므로 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각되며 본 연구의 결과는 이러한 중요한 연구의 밑바탕이 될 것이다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
The final goal of this project is to understand the interplay among topological structure, disorder, and interaction in the topological materials. In particular, we want to find out difference between the motion of Dirac fermions existing on so-called Dirac metals or Weyl metals

Purpose& contents
The final goal of this project is to understand the interplay among topological structure, disorder, and interaction in the topological materials. In particular, we want to find out difference between the motion of Dirac fermions existing on so-called Dirac metals or Weyl metals and that of electrons in an ordinary metal with parabolic dispersions. For this purpose, we investigate transport properties of Bi_1-xSb_x system doped with magnetic and nonmangetic ion M.

Result
To achieve the final goal mentioned above, we divided the project into sub-themes. The contents and results of each sub-theme are given below.

(1) Investigation of 3D topological insulator M_yBi_1-xSb_x (M=magnetic ions)
By substituting various magnetic and nonmagnetic ions into Bi0.96Sb0.04, we investigate how transport properties change. In particular, our main interest is the negative longitudinal MR, which originates in chiral anomaly. The longitudinal MR in the doped samples displayed very complex structure unlike our expectation. In addition, we tried to correlate the Cw parameter, which indicates strength of chiral anomaly with transport quantities such as carrier density and mobility.

(2) Interplay between disorder and inversion symmetry: Extreme enhancement of the mobility near the Weyl point in BiTeI
We revealed that BiTeI, known as a bulk Rashba system is, in fact a new type of disordered Fermi liquid belonging to a novel universal class and this is a result of interplay between inversion symmetry breaking and strong spin-orbit coupling.

(3) Effect of disorder produced by proton irradiation on the 3D Dirac and Weyl metals
As a tool to control disorder, we used proton irradiation. Upon increasing irradiation does, the Cw parameter decreases, eventually leading to disappearance of negative longitudinal MR.

(4) Violation of Ohm’s law in a 3D Weyl metal as a direct evidence for chiral anomaly and charge pumping
As a new transport phenomenon, we discovered that Ohm’s law breaks down in the Weyl metal because of chiral anomaly, nonconservation of chiral current. This is a hallmark of the Weyl metallic state.

Expected Contribution
This project has revealed that the Weyl metal can display electrical transport phenomena that are unseen in a ordinary metal because of nontrivial topological structure. In particular, the most interesting observation made in the present project is the non-Ohmic behavior of the Weyl metallic state. As this phenomenon is a direct consequence of non-conservation of chiral current (chiral anomaly), this is a universal feature of the Weyl metallic state. Non-Ohmicity is believed to lead to unconventional response to time-varying electric and magnetic fields, opening a new door to studying AC responses in the Weyl metal in general.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 14
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 15
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 17
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 17
• 8. 참고문헌 ... 17
• 9. 연구성과 ... 18
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 20
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 20
• 12. 기타사항 ... 24
• 별첨1. 대 표 연 구 성 과 ... 25
• 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 34
• 끝페이지 ... 40