한‧중 연구팀, 2차원 물질의 플랫밴드와 강자성 원인 규명

- 철 기반 카고메 격자의 기초 물성 이해에 기여

 

한‧중 연구팀이 자연계 고체물질에서 플랫밴드와 강자성의 원인을 규명했다.

26일 한국연구재단에 따르면 조준형 교수(한양대학교) 연구팀이 2차원 카고메 격자 물질에서 플랫밴드의 존재를 입증하고, 강자성의 원인을 규명했다.

연구팀은 자연계에 존재하는 철 기반 고체물질(Fe3Sn2)에서 플랫밴드의 존재를 관찰해 냈다. 또한 플랫밴드를 갖는 기하학적인 전자 구조에 의해 강자성 현상이 생긴다는 것을 밝혀냈다.

Fe3Sn2는 마치 대나무로 바구니를 엮은 듯한 형태(카고메 격자)로 입자가 배열돼 있다. 연구 결과, 육각형의 상호 네트워크에서 국소적으로 분자 내 전자 교환상호작용이 일어나면서 강자성이 형성된다.

실험 연구는 젱창간 교수(Changgan Zeng)가 수행했고, 이론 연구는 조준형 교수, 최진호 박사, 이세호 박사과정생이 주도했다.

조준형 교수는 “이 연구는 자연계에서 존재하는 철 기반 고체 물질에서 처음으로 플랫밴드의 존재를 입증하고 카고메 격자가 가지는 강자성의 원인을 규명했다”며 “강자성 현상, 고온 분수양자홀 효과, 고온초전도와 같은 다양한 양자현상을 실현할 수 있는 밑거름이 될 것”이라고 말했다.

한편 이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리사업, KISTI 슈퍼컴퓨팅 연구지원사업의 지원으로 수행됐다. 물리학분야 권위 있는 학술지 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters) 8월 24일 게재됐으며, 특별히 편집자 추천 논문으로 선정됐다.