초록 ▼

□ 연구목표
전자 상호간 다체 효과(many-body effect)와 스핀 물성을 고려하여 제일원리적 계산 방법론을 발전시키고 이를 통하여 전자의 물성이 중요히 발현되는 나노 구조체와 고온 초전도체 등 전자 물질(electronic materials)이 가지는 원자 구조, 전자구조, 스핀 구조, 전자수송현상, 초전도 현상을 연구한다. 반도체 나노 도선, 나노미터 두께의 금속 산화물층 등 나노 전자 물질(nanoscale electronic materials)의 전자 물성을 초정밀 계산을 통하여 규명하고 원자수준의 설계 기반 지

□ 연구목표
전자 상호간 다체 효과(many-body effect)와 스핀 물성을 고려하여 제일원리적 계산 방법론을 발전시키고 이를 통하여 전자의 물성이 중요히 발현되는 나노 구조체와 고온 초전도체 등 전자 물질(electronic materials)이 가지는 원자 구조, 전자구조, 스핀 구조, 전자수송현상, 초전도 현상을 연구한다. 반도체 나노 도선, 나노미터 두께의 금속 산화물층 등 나노 전자 물질(nanoscale electronic materials)의 전자 물성을 초정밀 계산을 통하여 규명하고 원자수준의 설계 기반 지식을 확보한다. FeAs계 고온 초전도 물질과 구리 산화물계 고온 초전도 물질의 전자 구조, 스핀 구조를 계산 연구를 통하여 이해하고 이에 기반하여 초전도 에너지 갭의 대칭성과 고온 초전도성의 원인을 규명한다.

□ 연구개발내용
분자 전자 소자의 전류-전압 특성과 반도체와 산화물 접합의 전자 수송 특성을 예측하였고, 반도체 코어-쉘 나노도선에서 수소 원자 도핑의 특성과 비틀린 그래핀의 특성을 연구하였다. 강자성체에서 산소 불순물의 효과, 강자성체/산화물/강자성체 나노구조의 터널링 특성, 아연 산화물의 전자 수송 특성을 연구하였다. 위상 절연체 옆면의 위상적 표면 상태, 흑린의 디랙 물성을 예측하였고, 위상 절연체 표면 상태의 카이럴 궤도 각운동량, 2차원 위상절연체의 가장자리 상태를 연구하였으며, 귀금속 표면의 라쉬바 표면 상태의 물리적 특성, 거대 스핀 분리의 미시적 원리를 규명하였다. 그래핀 나노점의 전자 구조와 그래파인의 전자 구조를 예측하였고, 전이금속 켈코겐 화합물의 특성, 적층된 그래핀, 그래핀/전이금속 켈코겐 계면을 연구하였다. 반도체 나노 도선의 스핀 특성과 그래핀의 밴드갭 발생 기작에 대해 연구하였고, 전이금속 켈코겐의 수소 도핑 특성과 흑린 박막의 밴드갭을 예측하였다. 자성체와 산화물 계면의 특성, 티타늄 산화물의 특성, 전이금속 켈코겐과 전이금속 산화물의 계면 특성을 연구하였다. 산화물에 대한 계산 방법론을 향상시켰고, 이리듐 산화물에서 스핀-궤도 상호작용과 전자 간 반발력의 수송 특성 효과를 규명하였다. FeAs계 초전도체에서 스핀 분극 전류의 효과에 대해 연구하였고, FeSe 박막에서 전자 상관성의 외부 전기장 의존성을 규명하였다. FeAs계 초전도체의 전자-스핀 요동 상호 작용, 초전도 특성을 연구하였다. 구리 산화물계 초전도체의 페르미 표면, 스핀 요동 특성, 구리 d-궤도 전자 간 반발에너지, 전자-스핀 요동 상호 작용, 초전도 특성을 연구하였다.

□ 연구개발 성과
위상 물질, 반도체 나노구조, 2차원 물질, 산화물의 전자 구조와 수송 특성에 대해 연구하였고, 특이 초전도 물질의 자성 특성, 전자 상관성, 초전도 특성에 대해 연구하였다. 국제 SCI 학술지에 40편의 논문을 게재하였으며, 국제 학술행사에서 91회 발표하였고 국내 학술 행사에서 104회 발표하였다.

□ 활용 계획 및 기대효과(응용분야 및 활용범위 포함)
반도체, 자성체, 위상 물질, 산화물의 전자 구조, 스핀 물성, 위상적 특성에 대한 제일원리적 계산 결과들은 향후 고체 및 나노구조물의 양자역학적 물성 특성 연구에 광범위하게 활용될 수 있으며, 스핀 물성 기반의 초전도 특성 계산 방법은 포논 기반의 초전도 이론이 적용되지 않는 특이 초전도체의 특성 연구에 광범위하게 활용될 수 있다. 다체 효과를 GW 근사법 및 강상관적 자체에너지 방법으로 고려하여 산출한 반도체 및 산화물의 특성에 대한 연구 결과들은 다체 효과가 중요한 역할을 하는 반도체와 산화물에 대한 학문적 이해를 한 차원 발전시키고 새로운 현상의 가능성을 탐색하는 기반이 될 것이다. 2차원 물질, 2차원 반도체, 위상 물질, 금속 산화물의 물리적 성질에 대한 연구 결과들은 이러한 물질을 정보 소자 및 에너지 소자에 산업적으로 이용하기 위해 필요한 원천 과학 지식이 될 것으로 기대되며, 이는 전자 산업, 통신 산업, 에너지 산업의 발전에 기여할 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

Abstract ▼

□ Purpose
The purpose of this research is to develop super-accurate first-principles electronic structure calculational methods considering many-body effects and spin-mediated interactions in electron systems, and to apply them for studying atomic structures, electronic structures, spin structure

□ Purpose
The purpose of this research is to develop super-accurate first-principles electronic structure calculational methods considering many-body effects and spin-mediated interactions in electron systems, and to apply them for studying atomic structures, electronic structures, spin structures, electronic conductions, and superconducting properties in electronic materials including nanostructures and high-temperature superconductors. Electronic properties in nanoscale electronic materials including topological insulators, semiconductor nanostructures, and nanometer-thick metal oxides will be investigated, and thereby fundamental knowledge for atom-level design capability of nanostructures will be established. Electronic structures and spin structures in high-temperature superconductors will be investigated, and on the basis, we will discover microscopic origins of unconventional superconducting energy-gap symmetry and high superconducting transition temperatures.

□ contents
We studied transport properties of molecular electronic devices, semiconductor-oxide junctions, and hydrogen-atom-doped core-shell semiconductor nanowires. We studied electronic properties of twisted graphene layers, effects of oxide impurites in ferromagnets (FMs), electronic tunneling properties in FM/oxide/FM nanostructures, and transport properties of ZnO. We predicted topological side-surface states of topological insulators (TIs), band gaps and Dirac properties of black phosphorus layers, and chiral orbital angular momenta of surface states of TIs, and studied edge states of two-dimensional TIs. We revealed orbital properties of Rashba surface states in noble metal surfaces, and microscopic mechanism of giant spin splitting. We predicted electronic structures of graphene nano-dots and graphyne, and studied electronic properties of transition-metal dichalcogenides (TMDCs), epitaxial graphene, and interfaces of graphene and TMDCs. We predicted spin properties of doped semiconductor nanowires, band-gap control of graphene and properties of hydrogen-atom-doped TMDCs. We studied interface properties of magnets and oxides, properties of titanium oxides, and interface properties of TMDCs and transition-metal oxides. We improved calculational methods for oxides, and revealed effects of spin-orbital coupling and electron repulsion on transport properties in iridium oxides. We studied effects of spin-polarized current in FeAs superconductors, and external-field dependence on electron correlation in FeSe layers. We studied electron-spin fluctuation coupling and superconducting properties in FeAs superconductors, and studied Fermi surface, spin fluctuation, repulsion energy between Cu d-electrons, electron-spin fluctuation coupling, and superconducting properties in copper oxides.

□ Development results
We studied electronic structures and transport properties of topological materials, semiconductor nanostructures, two-dimensional materials, and oxides, and studied magnetic properties, electron correlation, and superconducting properties of unconventional superconductors. We published 40 papers at SCI journals including one paper in Science, and gave 91 presentations at international conferences and workshops and 104 presentations at domestic conferences and workshops.

□ Expected Contribution
First-principles results on electronic structures, spin properties, and topological properties of semiconductors, magnets, and topological materials will be widely used in future studies on quantum properties of solids and nanostructures. Computational methods of spin-fluctuation- based superconducting properties will be applied widely to unconventional superconductors. Results on properties of semiconductors and oxides including many-body effects will contribute to the understanding of semiconductors and oxides with significant many-body effects and will found the basis of exploring novel physical properties. Results on physical properties of two-dimensional materials, topological materials, and metal oxides will contribute to fundamental knowledge for the application of these materials to information and energy devices, and thereby will contribute to electronics, telecommunications, and energy industries.

(출처 : SUMMARY 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구계획 요약문 ... 2
• 연구결과 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 4
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 1.1. 당초목표 및 수정 보완목표 ... 6
• 1.2. 당초 목표의 수정 보완 사유 ... 6
• 1.3. 연구개발의 필요성 및 범위 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 2.1. 반도체 나노구조 연구 동향 ... 8
• 2.2. 초전도체 연구 동향 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 3.1. 이론적 접근 방법 ... 9
• 3.2. 연구내용 ... 10
• 3.3. 연구결과 ... 11
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 48
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 52
• 5.1. 연구 결과의 활용방안 ... 52
• 5.2. 연구 결과의 파급 효과 ... 52
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 52
• 7. 대표적 연구실적 ... 53
• 8. 참고문헌 ... 54
• 9. 연구성과 ... 55
• 9.1. 연구 성과 요약 ... 55
• 9.2. 국외 SCI 학술지 논문 게재 성과 (40편 게재) ... 56
• 9.3. 국내학술지 논문 게재 성과 (학술진흥재단 등재지에 Review 논문 1편 게재) ... 62
• 9.4. 국제학술대회 초청 강연 성과 (31건) ... 62
• 9.5. 국제학술대회 논문발표 성과 (91건) ... 64
• 9.6. 국내학술대회 논문발표 성과 목록 (104건) ... 71
• 9.7. 인력 양성 성과 (박사 7명, 석사 4명) ... 79
• 10. 연구기자재 현황 및 활용 ... 80
• 11. 기타사항 ... 80
• 붙임1. 연구책임자 대표적 논문‧특허실적 요약문 ... 81
• 끝페이지 ... 95