□ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 이온빔 조사조건에 따른 위상물질의 페르미 준위 조절을 통한 안정적인 위상물질 구현 및 핵자기 공명 방법을 이용한 물리적 특성 탐구 ○ 전체 내용 본 과제에서는 안정적인 위상특성을 갖는 위상절연체를 구현하기 위해 이온빔 조사 기술을 도입하였다. 안정적인 위상물질을 구현하기 위해서는 첫째 전도띠와 원자가띠의 교차점, 즉 디락점이 안정적으로 존재할 수 있어야 하고, 둘째 디락점이 페르미 준위 근처에 존재해야 한다. 이 중 두 번째 조건을 만족시키기 위해 본 연구는 운반자 도핑 혹은 결함 생성 방법 중 하나로 이온빔 조사를 통해 공핍-침투형 점결함, 즉 프렌켈 쌍을 형성시키는 방법을 이용하였다. 이온빔의 에너지, 도즈량, 주입이온 분포 조절 등의 방법으로 페르미 준위를 디락점 근처에 조절 및 위치시켜, 안정적인 위상물질 구현 및 그 물리적 성질을 핵자기 공명 분석으로 연구하였다. 핵자기공명 분석은 위상물질의 벌크에서의 전자 성질을 이해할 수 있는 기회를 제공하였다. 이를 토대로 이온빔 조사방법에 의한 안정적인 위상물질 구현방법을 체계화 및 기술적 응용 기반을 제공하는데 기여하였다. □ 연구개발성과 위상절연체에 대한 핵자기공명 연구를 국내에서 유일하게 추진하였으며, 특히 입자빔을 이용한 안정적인 위상절연체를 개발할 수 있는 체계적 방법을 제공하였다. 고품질 단결정 및 박막에 국한되어 연구되고 있는 위상절연체 소재를 본 과제의 핵자기공명 분석방법을 통해 분말형태에 대해서도 연구할 수 있는 계기를 마련하였다. 본 연구개발에서는 실제 경원소에서 중원소까지의 이온빔 조사를 통해 밴드갭 조절 및 페르미 준위 조절이 가능함을 확인하였다. 따라서 본 기술의 고도화를 통해, 스핀트로닉스 분야 등의 응용도 가능할 것으로 기대한다. 빔-물질 상호작용의 이론적 접근, 즉, SRIM 시뮬레이션을 통해 실현가능성을 미리 예측하고, 조사 실험을 수행하여 체계적 연구를 수행하였다. 마지막으로, 본 과제에서는 이온빔 조사장치의 제어 프로그램 개선 및 조사 정확도를 개선하였다. 이를 통해 위상절연체에 대한 이온빔 조사영향에 대한 체계적 연구를 수행하였다. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 본 연구는 현재까지 위상물질 분야에 잘 활용되지 않고 있는 이온빔 조사 기술을 이용하여 디락점을 페르미 준위 근방에 존재시키고, 그 특성을 핵자기공명 분석의 이론적 체계 아래 해석하였다. 이 연구의 중요성은 안정적인 위상물질의 구현방법 및 조건들을 핵자기공명 분석의 이론적 및 실험적 방법을 정립하고, 이 물질의 실질적 응용이 가능한 기반을 제공하는 것이라고 할 수 있다. 본 연구의 안정적 위상물질 구현은 첨단소재 활용분야인 스핀트로닉스 및 위상양자컴퓨터 등에 기여할 수 있을것으로 내다본다. 더불어 위상절연체와 입자빔 조사 영향에 대한 이론적, 실험적 체계는 최근 각광받고 있는 2차원 소재의 위상학적 특성을 연구할 수 있는 방법을 제시하는데 기여할 것이다. (출처 : 요약문 2p)
- 연구책임자 : 박준규
- 주관연구기관 : 한국원자력연구원
- 발행년도 : 20210600
- Keyword : 1. 위상절연체;이온빔조사기술;핵자기공명;스핀-궤도 결합;위상 밴드구조; 2. topological insulators;ion beam irradiation technology;nuclear magnetic resonance spectroscopy;spin-orbit interaction;topological band structure;
