응집물리는 고체에서 일어나는 전기적, 자기적, 열적 특성 등 고체물질 성질 전반에 대한 학문 분야로서 응집물리 연구를 통해 전자공학, 재료공학, 기계공학의 여러 세부 분야가 생성되었고 지금 현재도 응집물리 분야 연구 결과가 공학 분야의 미래 발전 방향성을 제시하는 역할을 하고 있습니다. 대표적인 연구 대상인 자성체와 반도체, 그리고 고온 초전도체 등은 미래의 전자 기술에 밀접하게 활용이 가능하며, 따라서 응집 물질 이론 분야는 차세대 기술에 사용될 물질 상들을 새롭게 찾아내고 특성을 이해하는데 필수 불가결한 역할을 하고 있습니다

 

강상관 전자계에서 나타나는 전자들의 비섭동적인 운동에 대한 연구 (김기석)

극저온의 금속 상태에서 일어나는 자성 및 초전도 상전이 현상을 비롯하여 금속-비금속 상전이 현상, 전자가 수천 배 무거워지는 상전이 현상 등은 현대 물리학의 기본 패러다임인 섭동 이론의 구조하에서 이해될 수 없는 어려운 문제들이다. 우리 연구실에서는 전자들 사이의 강한 상관 효과를 비섭동적으로 기술하는 새로운 수학적 구조를 찾는 것을 목표로 한다. 현재 기대하고 있는 기술 방식은 상전이 현상을 이해하는 기존의 란다우-긴즈버그 이론이 전자들의 강한 상호작용 효과를 비섭동적으로 포함하는 형태로서 한 차원 높은 굽어진 공간에서 존재하는 보다 일반화 된 형태이다. 강한 상호작용 효과를 비섭동적으로 기술하는 아인슈타인의 장 방정식과 대칭성의 깨어짐과 관련된 상전이 현상을 기술하는 란다우-긴즈버그 이론이 서로 연관된 형태로 나타날 것으로 기대하고 있다. 이러한 수학적 구조는 현재 스트링 이론에서 활발하게 연구되고 있는 게이지-그래비티 듀얼러티와 연관될 것으로 여겨진다. 

나노물성계산 연구실은 다양한 물질의 물성을 제일원리와 양자동역학, Tight-binding method를 써서 연구한다. 특히 Ge-Sb-Te계열의 상변화물질, 그래핀을 비롯한 2차원 물질이 주된 관심사이다. 이 물질의 전자구조와 전자구조가 갖는 위상구조를 연구하여 새로운 물질 특성, 근본적 물리 이론, 이를 바탕으로 한 응용에 대해 탐색한다. 최근에는 정질-비정질 상변화의 원자구조와 이를 원자결합, 전자구조의 관점에서 이해하고자 하는 시도를 하고 있다.

고체 내의 양자역학적인 전자의 움직임은 기존의 고전 물리학에서 나타날 수 없는 새로운 현상을 일으킨다. 대표적인 양자역학적 현상으로는 위상 물질(Topological Phase)과 양자 컴퓨터에 이용할 수 있는 애니온(Anyon)이 있으며, Topological Quantum Matter Theory 연구실에서는 양자장론과 다양한 이론적인 방법론을 이용하여, 새로운 위상 물질과 애니온을 이론적으로 이해하고 찾으려 한다. 또한 위상 물질 이외에도 전자 간의 강한 상호작용으로 나타나는 다양한 현상들(Spin Liquid, Fractional Quantum State, Quantum Chaos)등에 대해서도 활발히 연구 중이다.

 

제일원리계산 물성연구 (지승훈) 

다체계의 범밀도함수론 및 이로부터 파생된 계산 이론을 개발하고 이를 사용하여 응집물질의 물성 계산, 실험의 검증, 새로운 물성을 예측한다. 고체, 나노물질의 원자구조, 전자구조, 광학적특성, 열 및 기계적 강도특성을 실험적, 경험적 수치 없이 매우 정밀하게 계산한다. 제일원리 계산과 결합된 기계학습포텐셜을 개발하고 비정질 물질의 상변화연구 등 거대규모 동역학 계산을 수행한다. 저차원 물질의 전자구조 및 포논의 위상특성, 각운동량, 홀효과를 연구하고 양자센싱, 양자커퓨팅과의 접점을 탐색한다.