초록 ▼

□ 연구개요
고체의 베리곡률(Berry curvature)은 고체의 특이속도(anomalous velocity)의 원인 메커니즘이 될 뿐만 아니라, Bloch 전자상태의 위상적 특징을 계산할 때 사용되는 핵심 구성요소이다. 본 연구에서는 Bloch 전자상태가 spin-orbit coupling, 포논 또는 주기적인 진동을 주는 외부장의 영향에 노출된 상태에서 겪게 되는 영향들이 복합베리곡률(complex Berry curvature)에 어떤 영향을 미치는지를 모델 및 제일원리 계산을 통해서 밝혀내었다. 베리곡률 기반 물성의 측

□ 연구개요
고체의 베리곡률(Berry curvature)은 고체의 특이속도(anomalous velocity)의 원인 메커니즘이 될 뿐만 아니라, Bloch 전자상태의 위상적 특징을 계산할 때 사용되는 핵심 구성요소이다. 본 연구에서는 Bloch 전자상태가 spin-orbit coupling, 포논 또는 주기적인 진동을 주는 외부장의 영향에 노출된 상태에서 겪게 되는 영향들이 복합베리곡률(complex Berry curvature)에 어떤 영향을 미치는지를 모델 및 제일원리 계산을 통해서 밝혀내었다. 베리곡률 기반 물성의 측정 및 이용가능성을 탐색하였으며 2차광전류 등 외부계측에 확인될 수 있는 베리곡률 유도체를 분류하고 측정방법을 제시하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
과제초반부에 설정한 연구목표는 포논 또는 기타의 주기적인 진동을 주는 외부장의 영향을 포괄하여 매개변수 공간이 확장된 복합베리곡률(complex Berry curvature)에 대한 이론을 만들고, 관련된 실제물질에 대한 계산을 수행하기위한 계산방법을 만드는 것이었다. 우리는 Haldane모형과 Kane-Mele모형을 기반으로 매개변수 공간이 확장된 이론적 model system을 만들고, 다양한 복합베리곡률에 대한 이론 계산과 그로부터 도출될 수 있는 위상적 특징들을 분류하였다. 또한, real-time time-dependent density functional theory에 기반한 실시간 동역학 계산법을 사용해서 복합베리곡률의 지배적인 영향을 받는 실제 물질을 발굴하였으며, 위상성에 기인한 새로운 종류의 운송자-포논 간의 상호작용의 존재가능성을 탐색하였다. 과제후반부에는 베리곡률 특성치가 second harmonics 등을 통해서 어떻게 전자기 실험기법을 통해서 확인 될 수 있는지와 그로부터 어떤 유용한 물성치가 얻어질 수 있는지 밝히고자 하였다. 우리는 매우 강력한 빛 (또는 전기장)에 의해서 유발되는 베리곡률 고차항과 high harmonics response 간의 관련성을 실제물질의 예제를 통해서 보여주었으며, transition metal dichalcogenide 등의 강유전성을 가지는 부도체의 2차 광전류 특성을 연구하였다. 강력한 외부장, 포논 등이 베리곡률 유도체들과 2차 광전류 특성에 미치는 영향을 체계적으로 분석하였으며, p-n 접합이 필요없는 순물질에서 2차광전류를 극대화 하는 방법을 제시하였다. 선정 당시에 제시한 선행 연구 및 그로부터 파생된 연구내용들은 초기에 설정한 연구목표를 충실히 달성하였으며, 후속과제 및 인접분야의 관련성 및 파급효과가 높다고 할 수 있다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구의 성과는 고체 물성을 이해하는 것과 그것의 응용가능한 특성들을 발견하고 측정방법을 제시하는 것이라고 할 수 있다. 고체물성이란 질량, 색깔, 전도도, 역학적 강성, 전기적 유전성, 자기적 특성 등이 있겠지만, 물리학적으로 중요하며 위상적 특성을 결정짓는 중요한 물성중에 베리곡률이 있다. 강한 빛으로 유도되는 고체의 순간적인 유전분극의 실시간 변화, 자화 편향의 실시간 변화를 추적하는 과정을 real-time TDDFT을 사용하여 수행해 왔으며, perturbation 이론을 사용하여 이들 전자기 특성치와 베리 곡률과의 관련성을 추적하였다. 우리는 Second Harmonics 와 shift current 와 injection current 등의 2차 광전류와 베리 곡률의 관련성을 체계적으로 밝혔는데, 이는 고체물질에 대한 과학적 지식을 축적함에 있어서, 전자기 실험적으로 접근가능한 새로운 가측량을 제시한 의의가 있으며, 기술적으로는 광 민감도를 극대화한 차세대 양자 소재 및 소자 분야의 발전을 견인하는 바탕 지식을 제공한 의미가 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 18
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 24
• 끝페이지 ... 34