초록 ▼

□ 연구개요
2차원 벌집격자 스핀계에 기반을 둔 강한 상관관계를 가지는 위상물질을 합성하여 키타예프 위상 스핀액체 및 분수화된 Chern 절연체를 구현한다. 이에 대한 연구를 통해 마요라나 페르미온과 양자 비정상 홀효과를 다양한 물질합성법과 분광학 기법을 적용하여 실험적으로 확증하고 궁극적으로 위상질서의 바탕원리를 규명하는데 기여한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
∎ 철 기반 벌집격자 강자성체 AFe₂(PO₄)₂ (A=Ba,K,Cs,La)와 크롬 기반

□ 연구개요
2차원 벌집격자 스핀계에 기반을 둔 강한 상관관계를 가지는 위상물질을 합성하여 키타예프 위상 스핀액체 및 분수화된 Chern 절연체를 구현한다. 이에 대한 연구를 통해 마요라나 페르미온과 양자 비정상 홀효과를 다양한 물질합성법과 분광학 기법을 적용하여 실험적으로 확증하고 궁극적으로 위상질서의 바탕원리를 규명하는데 기여한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
∎ 철 기반 벌집격자 강자성체 AFe₂(PO₄)₂ (A=Ba,K,Cs,La)와 크롬 기반 강자성 벌집격자 CrX₃ (X=Cl,Br,I) 에서 Chern 절연체의 가능성을 탐색한다.
⇒ 이론적 예측과는 달리 위상 Haldane상에 대한 실험적 증거를 찾을 수 없었다.
∎ 키타예프 후보물질 α-RuCl₃에 자성 및 비자성 불순물 효과 또는 자기장을 인가하여 Kondo 물리 및 스핀액체 유리 상태를 실험적으로 검증한다.
⇒ 비자성 불순물이 치환된 α-(Ru_1-xIr_x)Cl₃ 물질에서 random 키타예프 스핀액체 기저상태를 발견하고, 고자기장 α-RuCl₃ 실험에서 Majorana bound state의 실험적 증거를 발견했다.
∎ 4d α-RuCl₃ 물질에서 오비탈의 크기가 증가한 5d Os- 및 Ir-기반 키타예프 후보물질을 합성하여 스핀액체와 마요라나 페르미온의 안정성을 연구한다.
⇒ 5d OsCl₃ 물질에서 키타예프 상호작용력이 존재한다는 증거와 마요라나 페르미온으로 분수화된 입자를 라만산란실험을 통해 관측하였다.
⇒ 5d Cu₂IrO₃에서 random 키타예프 상호작용력으로 인한 quantum disordered된 기저상태를 관측했다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구과제의 성공적인 수행을 통해서 학문적으로 키타예프 스핀계에서 발현하는 위상질서에 관한 현상을 깊이 있게 이해하는데 공헌했다. 키타예프 후보자 물질을 새롭게 합성하고 고압, 극저온, 및 고자기장과 같은 극한상황에서 물성을 측정하고 분석하는 분야에서 세계적 연구 경쟁력을 확보할 수 있었다. α-RuCl₃ 물질에 strain 제어를 통해 키타예프 스핀액체상태를 완벽하게 구현한다면 마요라나 페르미온을 이용한 위상 양자컴퓨터에 구현에 중요한 공헌이 될 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 벌집격자 자성체 물질에서 Chern 절연체 구현 ... 5
• (2) 키타예프 벌집구조 스핀계에서 마요라나 페르미온 구현 ... 7
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 18
• 5. 연구성과 ... 19
• 대표적 연구실적 ... 20
• 끝페이지 ... 30