차민철 연구실은 양자상전이(Quantum Phase Transition)와 응집물질 물리학 분야에서 세계적인 연구를 수행하고 있습니다. 양자상전이는 물질이 외부 파라미터(예: 자기장, 압력, 불순물 등)의 변화에 따라 0K 절대온도에서 상이 바뀌는 현상으로, 전통적인 열적 상전이와는 달리 양자역학적 효과가 지배적인 역할을 합니다. 연구실에서는 보손 허바드 모델, 페르미 허바드 모델, 양자 이징 모델, XY 모델 등 다양한 이론적 모델을 활용하여 상전이의 임계 현상과 상관관계 함수, 임계 지수 등을 분석합니다. 특히, 행렬곱 상태(Matrix Product State, MPS)와 텐서 네트워크 기법을 이용한 수치적 방법론을 적극적으로 도입하여, 1차원 및 2차원 계에서의 양자상전이의 미시적 메커니즘을 규명하고 있습니다. 몬테칼로 시뮬레이션, 정확한 대각화, 하트리-폭 근사 등 다양한 계산 방법을 통해 상전이점, 임계 지수, 에너지 갭, 얽힘 엔트로피 등 물리량을 정밀하게 산출하며, 이론적 예측과 실험적 결과의 일치 여부를 검증합니다. 이러한 연구는 초전도체-절연체 전이, 초유체-절연체 전이, 모트 절연체-초유체 전이 등 다양한 실제 물질계에 적용될 수 있으며, 나노구조 및 저차원 계에서의 새로운 양자 현상 탐구에도 중요한 기여를 하고 있습니다. 연구실의 성과는 국제 저명 학술지와 학회에서 활발히 발표되고 있으며, 차세대 양자물질 및 양자정보 과학의 이론적 기반을 제공하고 있습니다.

연구실은 양자 다체계에서의 얽힘 엔트로피(Entanglement Entropy)와 그 정보론적 특성에 대한 연구도 선도적으로 수행하고 있습니다. 얽힘 엔트로피는 양자계의 상전이, 위상적 질서, 임계 현상 등을 이해하는 데 핵심적인 역할을 하며, 최근에는 실험적으로도 측정이 가능해지면서 더욱 주목받고 있습니다. 연구실에서는 1차원 허바드 모델, 보손 허바드 모델 등에서 얽힘 엔트로피와 입자수 요동(fluctuation) 간의 관계, 임계점에서의 얽힘 스펙트럼, 위상적 오더 파라미터 등 다양한 주제를 다룹니다. 특히, 행렬곱 상태와 텐서 네트워크를 활용한 수치적 접근법을 통해, 유한 얽힘 효과(finite-entanglement effect)가 상전이 특성에 미치는 영향, 얽힘 스펙트럼의 이중 퇴화(double degeneracy) 현상, 중심 전하(central charge)와 임계 지수의 관계 등을 정밀하게 분석합니다. 이러한 연구는 양자 정보과학, 위상 양자컴퓨팅, 스핀체인 및 나노구조 물질의 정보론적 특성 이해에 중요한 이론적 토대를 제공합니다. 또한, 얽힘 엔트로피를 실험적으로 측정 가능한 물리량(예: 입자수 요동)과 연결하는 연구를 통해, 이론과 실험의 간극을 좁히고 실제 양자물질계에서의 정보 특성 규명에 기여하고 있습니다. 이와 같은 연구는 양자정보처리, 양자센서, 차세대 나노소자 개발 등 다양한 첨단 분야로의 응용 가능성을 지니고 있습니다.