초록 ▼

□ 연구개요
어떠한 물질을 사용하여 전자 소자 혹은 스핀 소자를 만들 때 아무리 흠 없이 만든다 해도 갖게 되는 저항은 0이 아닌데 이 저항값을 물질의 고유 전기 저항이라 한다. 이 고유 전기저항은 전자-포논 상호작용에 의해서 결정이 된다. 본 연구는, 스핀-궤도 상호작용이 큰 물질에 대해서 이러한 고유 전기 저항을 제일원리 방법에 의하여 계산하는 방법을 만들고 실제 물질에 적용하는 것을 목적으로 한다. 연구 목적의 수행을 위하여 전자의 에너지 구조, 포논 모드 / 밴드, 그리고 전자-포논 상호작용 행렬 요소를 제일원리 계산으

□ 연구개요
어떠한 물질을 사용하여 전자 소자 혹은 스핀 소자를 만들 때 아무리 흠 없이 만든다 해도 갖게 되는 저항은 0이 아닌데 이 저항값을 물질의 고유 전기 저항이라 한다. 이 고유 전기저항은 전자-포논 상호작용에 의해서 결정이 된다. 본 연구는, 스핀-궤도 상호작용이 큰 물질에 대해서 이러한 고유 전기 저항을 제일원리 방법에 의하여 계산하는 방법을 만들고 실제 물질에 적용하는 것을 목적으로 한다. 연구 목적의 수행을 위하여 전자의 에너지 구조, 포논 모드 / 밴드, 그리고 전자-포논 상호작용 행렬 요소를 제일원리 계산으로 구하고 maximally-localized Wannier function을 사용한 내삽을 통하여 물질의 고유 전기저항을 계산하는 방법을 확립하고 적용한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
스토캐스틱 샘플링을 통한 전기 및 전자에 의한 열 전도율 계산을 수행하고자 하였다. 그런데, 연구 수행하면서 스토캐스틱 샘플링 방법을 이용하면, 전도 특성이 페르미 레벨에 국한한 전자 구조에만 영향을 받기 때문에, supercell을 사용하고 무작위적인 원자 이동 방식을 사용하는 경우에, Brillouin zone 전체에 의해서 정해지는 광학적 성질과 달리 스토캐스틱 샘플링의 방식에 영향을 많이 받아서, 오차의 범위가 커짐을 확인하였다. 따라서 이러한 방식으로 전도 특성을 연구하기는 어렵다. 반면에 우리는, (1) 스핀-궤도 상호작용이 큰 물질의 전자 구조 및 분광학 성질 연구에 있어서 속도 연산자를 어떻게 다루어야 하는가를 밝혀냈고, (2) 스핀-궤도 상호작용이 달라서 자성이 전혀 다른 2차원 반자성 물질인 NiPS3 와 (3) MnPS3 의 전자 구조 및 격자 진동에 관해서 연구했으며, (4) 스핀-궤도 상호작용이 강한 물질에서 스핀-홀 전도도를 계산하는 방법론을 개발하였다. 처음에 의도한 바로부터 벗어나기는 했으나, 스핀-궤도 상호작용이 강한 물질에서의 전자 구조에 바탕을 둔 물성들을 깊이 있게 들여다 보았다.

□ 연구개발결과의 중요성
(1) 스핀-궤도 상호작용이 큰 crystal 물질에서 빛과 전자의 상호작용을 다룸에 있어서 scalar-relativistic velocity 연산자만 사용해도 됨을 보였다. 이는 fully-relativistic velocity 연산자를 써야만 하는 (왜냐하면 스핀-궤도 상호작용의 효과가 훨씬 크기 때문에) 원자의 경우와 다른 결과이다. (2) 스핀-궤도 상호작용이 큰 물질에서 스핀-홀 전도도를 계산하는 방법론을 개발하였다. 후속 연구에 많이 사용될 수 있다. (3) 2차원 자성 물질인 NiPS3 화합물의 독특한 기저 상태를 전자 구조 계산을 통하여 규명하였다. (4) 2차원 자성 물질인 MnPS3 에 대해서 전자 구조, 격자 진동 및 라만 스펙트럼을 계산하여 실험 결과를 확증하였다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• ◆ 스토캐스틱 샘플링을 통한 전기 및 전자에 의한 열 전도율 계산 이론 확립 ... 4
• ◆ 방법론 응용연구: 스핀-궤도 상호작용 및 LO-TO splitting을 무시할 수 없는 두 원자 이상으로 이루어진 반도체 및 위상 절연체의 전도 특성 연구 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• ◆ 스토캐스틱 샘플링을 통한 전기 및 전자에 의한 열 전도율 계산 이론 확립 ... 6
• ◆ 2차원 자성 물질 NiPS3의 전자 구조, 격자 진동 및 광학적 성질 연구 ... 6
• ◆ 2차원 자성 물질 MnPS3의 전자 구조, 격자 진동 및 라만 분광학 성질 연구 ... 7
• ◆ 스핀-궤도 상호작용이 있는 물질의 스핀홀 전도도 계산 방법 개발 ... 7
• ◆ 스핀-궤도 상호작용이 있는 물질의 광학적 성질 계산에 사용하는 속도 연산자에 대한 방법론 연구 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 10
• ◆ 2차원 자성 물질 NiPS3의 전자 구조, 격자 진동 및 광학적 성질 연구 ... 10
• ◆ 2차원 자성 물질 MnPS3의 전자 구조, 격자 진동 및 라만 분광학 성질 연구 ... 10
• ◆ 스핀-궤도 상호작용이 있는 물질의 스핀홀 전도도 계산 방법 개발 ... 10
• 4. 참고문헌 ... 10
• 5. 연구성과 ... 11
• 대표적 연구실적 ... 18
• 끝페이지 ... 28