[김준성 교수 연구실] “전도요동 현상을 이용한 이중층 그래핀의 특이 분수 양자홀 상태 관측”

김준성교수 연구실에서는 두 겹 그래핀의 다양한 특이 분수양자홀 상태를 저차원 전도요동현상을 이용하여 관측하였다. 포항공대 김영욱 박사, KIST 이동수 박사, 독일 막스플랑크 연구소 Smet 박사 연구팀과의 공동연구로 진행된 연구결과는 Nano Letters에2015. 10. 19일자로 게재되었다.

이중층 그래핀의 전자는 단일층 그래핀과 달리 스핀, 밸리, 그리고 오비탈 자유도가 축퇴된 양자홀 상태를 가진다. 자기장의 크기가 높아짐에 따라 전자 상호작용이 심해지면, 전자가 가지는 축퇴가 자발적으로 붕괴되게 되면서 대칭붕괴 분수 양자홀 상태가 나타난다. 따라서 이중층 그래핀의 전자계는 짝수분모 분수양자홀 상태와 같이 기존의 2차원 전자계에서 관측되지 않은 특이 분수양자홀 상태가 나타나게 된다. 이 연구 결과는 저차원 전자계에서 나타나는 전도요동 현상을 이용하여 고품질 이중층 그래핀의 다양한 특이 분수 양자홀 상태를 동시에 관측하고 이러한 상태가 그래핀 이중층 사이의 전기장의 세기에 매우 민감하다는 실험적인 증거를 제시하였다. 이 결과는 향후 그래핀을 포함함 다양한 2차원 물질 전자계에서 나타나는 정수 또는 분수 양자홀 상태에 대한 중요한 기초를 제공할 것으로 기대된다.