초록 ▼

연구개요
본 연구는 바일 준금속에서 관측되는 새로운 물리적 현상에 대한 다각적이고 신뢰도 있는 이해를 최종 목표로 설정하였다. 기존의 전자기 동역학으로 해석되지 않는 바일 페르미온의 특이한 성질을 이해하기 위해, (1) 불순물의 도핑에 의한 기존 바일 준금속의 위상 상전이 변화 연구와 (2) 자성 원소 도입에 의한 새로운 바일 물질의 개발이라는 두 개의 따름 목표를 수행하여 본 연구의 최종 목표를 달성하고자 한다.

연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 1) 기존의 바일 준금속에 비자성 원소를 치환하여 일어나는

연구개요
본 연구는 바일 준금속에서 관측되는 새로운 물리적 현상에 대한 다각적이고 신뢰도 있는 이해를 최종 목표로 설정하였다. 기존의 전자기 동역학으로 해석되지 않는 바일 페르미온의 특이한 성질을 이해하기 위해, (1) 불순물의 도핑에 의한 기존 바일 준금속의 위상 상전이 변화 연구와 (2) 자성 원소 도입에 의한 새로운 바일 물질의 개발이라는 두 개의 따름 목표를 수행하여 본 연구의 최종 목표를 달성하고자 한다.

연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 1) 기존의 바일 준금속에 비자성 원소를 치환하여 일어나는 위상적 상전이 및 물리적 특성 변화 연구와 2) 제로-갭 물질에 자성 불순물 도입을 통한 바일 준금속 상태 유도 및 자성 바일 준금속 연구라는 2 개의 목표에서 괄목할 만한 성과를 내었다. 본 연구진은 위상 절연체로 잘 알려져 있고 좁은 벌크 갭을 가지는 Bi₂Te₃ 계열 물질에 강한 자기 모멘트를 가지는 희토류 원소를 치환해 바일 준금속 상을 유도한다는 실험적 검증을 하였다. 또한 자기장 하에서 바일 준금속상을 가지는 ZrTe₅에 3d 전이금속인 Ti를 치환하여 강자성을 유도했고, 이러한 연구는 자성 불순물을 통해서 자성 바일 준금속의 발현이 가능하다는 것을 나타낸다.
그리고 Sb를 치환한 ZrTe₅의 연구에서 불순물 도입을 통한 밴드 구조 변화 및 위상적 상전이에 해당하는 것으로 앞서 말한 목표를 달성하였다. 위상절연체 혹은 크래머스 바일 준금속이라고 알려져 있는 Ag₂Se에서 자성을 유도하고 위상 특성을 연구하였다. 또한 좁은 밴드 갭을 가지는 NbSb₂에 3d 전이금속인 Fe를 도입해 큰 물리적 특성 변화를 유도하고 그 위상 특성을 연구하였다. 마지막으로 최근 학계의 큰 관심을 받고 있는 자성 바일 준금속인 Co₃Sn₂S₂에 Se를 도핑하여 자기적 성질변화를 유도하였고, 따라서 특이자성구조를 가지는 바일 준금속에서 불순물을 통해 자성 구조를 제어할 수 있다는 것을 밝혀내었다.

연구개발결과의 중요성
본 연구진은 위상 물질에 다양한 불순물을 도입하여 변하는 전자기적 특성과 위상 특성을 분석한 연구 결과를 확보하고, 물리적인 변수에 따라 변하는 물성을 체계적으로 분석하였다. 이러한 연구는 바일 페르미온이 다양한 물리 변수와 어떠한 상호작용을 가지는지, 실험적으로 제시하였다. 또한 좁은 벌크 갭을 가진 위상절연체에 자성 원소로서 희토류 금속을 도핑하여 새로운 바일 준금속 상을 유도하였다. 본 연구결과는 기존에 한정적인 물질에서만 연구되던 바일 페르미온의 틀을 더 넓힐 수 있기에 학문적인 중요도가 높다. 기술적인 측면에서는 연구 목표를 달성함으로서 바일 준금속이 생성되는 메커니즘을 밝혀 상온에서도 동작 가능한 효율적 바일 준금속을 구현할 수 있을 것이다. 또한 기존의 위상물질보다도 더 효율적인 초전도체와 가까운 특성의 저저항 소자를 구현 할 수 있을 것으로 기대된다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• (1) 기존의 3차원 바일 준금속의 불순물 도핑에 따른 물성변화 연구 ... 13
• (2) 자성 원소를 도입한 새로운 3차원 바일물질 개발 및 물성 연구 ... 14
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 15
• 대표적 연구실적 ... 23
• 끝페이지 ... 38