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[조길영 교수 연구실] T1-TaS2 에서의 네트워크 구조를 계산하여 초전도 메커니즘을 규명

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저널명 Phys. Rev. Lett. 124, 137002
담당교수조길영 교수
조회321
작성자최고관리자
발표일2020-04-01

본문

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Caption: (a) 〖1T-TaS〗_2 거의 결맞는 전하밀도파상에서 발현되는 육각 네트워크 초격자. 해당 모델에서 계산된 (b) 밴드도표(c) 초전도와 강자성에 대한 상도표. (d) 네트워크 초격자 상의 고차 위상물질에 대한 국소화된 전자.

 

 

포스텍(포항공대) 조길영 교수 연구팀이 1T-TaS_2에서의 네트워크 구조를 계산하여 초전도 매커니즘을 규명하였다. 

물리학과 조길영 교수 연구팀과 염한웅 교수 연구팀이 (국제) 공동연구를 통해, 1T−Ta S 2 와 다양한 전하 밀도파 물질에서의 초전도를 네트워크 초격자 구조를 통해 이해할 수 있음을 보였다. 이 연구는 미국 물리학회의 저명 학술지인 Physical Review Letters 최신호에 게재됐다. 이번 연구는 네트워크 초격자와 초전도의 관계에 대한 새로운 시각을 제시함으로써, 강상관전자계를 효과적으로 이해하고 기술할 수 있는 아이디어를 제시한 연구로 평가된다.

물질의 특성은 에너지와 결정운동량의 관계를 보여주는 밴드도표(band diagram)를 통해 이해된다. 그중, 결정운동량에 대해 일정한 에너지를 가지는 평평한 밴드(flat band)는 발산하는 상태 밀도(Density-of-states, DOS)를 보여주어 오랫동안 고온 초전도로의 열쇠로서 주목을 받아왔다. 하지만, 실제 물질에서는 다양한 상호작용과 섭동이 존재하기에 평평한 밴드가 구현되기 쉽지 않다. 예를 들면, 카고메 격자(Kagome lattice)와 같은 모델은 이웃하는 이온보다 먼 전자의 이동을 고려하게 되면 평평한 밴드가 휘어지게 된다. 이번 연구는 외부 섭동에 대해 잘 휘어지지 않는 평평한 밴드를 실현하는 새로운 원리를 제시하고 있다. 이러한 원리를 통해, 본 연구진은 1차원 도선이 연결된 형태의 네트워크 초격자에서 평평한 밴드가 나타나고, 각 도선 위의 전자 간의 양자역학적 상쇄간섭을 통해 평평한 밴드가 발현됨을  보였다. 특히 1T−Ta S 2 의 거의 결 맞는 전하 밀도파(NC-CDW) 상에서 이러한 육각 네트워크 초격자가 형성됨이 이용, 1T−Ta S 2 에서 초전도가 나타나는 매커니즘을 평평한 밴드와 관련 지어 설명할 수 있을 것으로 보인다. 또한, 이번 연구는 네트워크 초격자상에서 고차위상상태(Higher-order topological phase)가 자연스럽게 나타남을 보이고 있다. 고차위상물질이란 간단히 말해 표면의 표면, 즉 3차원의 경우 모서리(1d)에 국소화된 전류가 흐르거나 2차원의 경우 꼭지점에 국소화된 전하가 존재하는 상태를 말한다. 이번 연구는 네트워크 초격자상에서의 고차위상물질이 기존의 것과 달리 각 도선 교차점에서 전하가 국소화 됨을 보였다.

연구를 주도한 조길영 교수는 “본 연구는 최근 이슈가 되고 있는 초격자에 대한 새로운 연구 방향을 제시하며, 훗날 강상관전자계의 미지의 영역으로서 주목을 받을 것으로 기대한다.” 라고 밝혔다.

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