포스텍 응집물질실험 연구그룹은 저온물리, 비정질, 표면물리, 진공, 방사광등을 이용한 물질의 성질 연구를 수행하고 있다. 나노구조에서 전자들은 어떻게 구성되고 흐르는지, 시간 반전 대칭 및 반전 대칭 깨짐, 전하 및 스핀 정렬, 자기성과 초전도성의 경쟁 등에 의한 복합물질, 강상관계물질에서 어떤 새로운 물리현상이 일어나는지 등의 질문에 대한 대답을 찾고 있다. 방사광가속기, MPK, IBS, SRC등 연구센터의 최첨단의 장비를 이용하여 복합물질연구 와 나노물질연구 분야별 집중 연구뿐만 아니라 융합연구를 통해 미래소재 및 에너지, 신기술을 위한 기초연구를 하고 있다.
양자역학의 꿰뚫기(tunneling) 현상을 이용하여 표면에서 원자 수준 이미지를 얻고 전자구조를 연구할 수 있는 실험기법을 활용하여 다양한 물질의 구조적, 전자적 물성을 연구한다. 꿰뚫기 전류의 변화를 측정하여 물질 표면의 국소 상태 밀도(local density of states)를 얻고 원자 구조와 상관관계를 밝힌다. 주요 연구주제는 1차원 전하밀도파에 존재하는 솔리톤(soliton), 2차원 반데르발스 결정(van der Waals crystal) 및 그래핀(graphene)을 포함한다.
고체 (양자) 물질을 구성하는 요소들, 즉 전하, 스핀, 오비탈, 격자 구조, 그리고 위상 상태 간의 상호작용과 그로 인한 초고속 현상들을 탐구하고 물질의 기능적 특성을 초고속/초정밀하게 제어한다. 다양한 자유도 간의 상호작용을 연구하기 위해 펨토초 광 펄스 (THz 에서 X선 범위까지) 시간 분해 기술을 개발, 사용한다. 연구의 초점은 강한 상관 관계가 있는 전자 시스템, 위상 물질, 유기 반도체를 포함하며, 이들의 물성을 강한 장 광펄스를 개발, 활용하여 초고속으로 제어함으로 새로운 물질상 및 기능을 연구한다.
초분해 이미징 및 분광학 SUPER-RESOLUTION IMAGING & SPECTROSCOPY (박경덕)
빛의 회절한계를 극복하는 초고속 (<100 fs) 초분해 (<10 nm) 현미경과 분광법을 개발하여 기존 시간 및 공간분해능 한계로 관찰하지 못하던 새로운 물리적 현상을 규명한다. 장비 개발 측면에서는 기존 근접장 현미경의 패러다임을 바꾸는 새로운 optical instrumentation을 추구하며, 특성 규명 측면에서는 주로 저차원 양자물질의 나노스케일 영역에서 새로이 발현하는 물리적 특성, 물질 속에 존재하는 다양한 준입자의 거동 등을 규명한다. 또한, 빛과 물질의 강한 상호작용에서 생성되는 새로운 종류의 준입자의 양자광학적 특성을 탐구한다.
물질의 양자 상태를 고체 소자 플랫폼에서 구현하여 중첩, 얽힘과 같은 양자 현상을 적극적으로 활용하는 양자기술을 연구한다. 특히 마이크로파 광자 및 포논의 생성 측정 제어가 가능한 초전도 양자회로와 역학적 양자 진동자를 주요 연구 대상으로 한다. 광자와 포논의 강한 상호작용이 구현된 광역학계 소자에서 나타나는 양자 물리 현상을 연구하고 이를 확장하여 다양한 이종 양자계로 구성된 하이브리드 양자시스템에서의 물리 현상을 탐색한다.
나노 및 원자 단위로 응집물질을 제어하면 덩어리 상태에서는 발견하기 힘든 획기적인 물성을 구현할 수 있다. 또한, 잘 설계된 이종구조는 응집물질 물성의 기본적인 발현 원리를 규명하기 위한 밑바탕을 제공한다. 본 연구실에서는 원자층 제어를 통해 인공적인 응집물질 이종구조를 설계 및 합성하고, 이를 통해 획기적인 물성의 발현 원리를 이해하고 더 나아가 이를 예측적으로 구현하는 연구를 진행하고 있다.
양자나노소자 연구 (이길호, 연구실홍보동영상)
다양한 고체(위상)물질을 쪼개고, 쌓고, 뒤집고, 깎고, 다듬고, 붙여서 기초연구 및 응용연구를 할 수 있는 "나노소자 제작", 온도로 낮추어 (10 mK) 열적 잡음/들뜸을 없앤 상태에서 흥미로운 양자현상을 전기적 방법으로 관측하는 "극저온 양자수송측정"을 연구한다. 이 두가지 연구를 동시에 할 수 있는 충분한 실험장비를 갖추고 있으며, 신물질 합성, Scanning probe 측정, 광학특성 측정, 응집물성이론 등에 관한 국내외 경쟁력 있는 연구실과 공동으로 양자나노소자에 대한 연구를 진행하고 있다.
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