우리 연구실은 이종계면(heterogeneous interface)과 순수계(pure system)에서 발생하는 다양한 물리적, 화학적 현상을 심층적으로 탐구하고 있습니다. 이종계면은 서로 다른 두 물질이 만나는 경계로, 전자 이동, 에너지 변환, 촉매 반응 등 다양한 첨단 소자 및 에너지 소재의 성능을 결정짓는 핵심적인 역할을 합니다. 순수계에서는 물질 고유의 구조와 성질, 그리고 그에 따른 전자구조와 에너지띠 특성을 규명함으로써, 기초과학적 이해를 넓히고 있습니다. 특히, 원자 수준에서의 구조-물성 상관관계를 규명하기 위해, 밀도범함수 이론(DFT) 등 최첨단 계산화학 및 시뮬레이션 기법을 적극적으로 활용합니다. 이를 통해 계면에서의 전자 재배치, 밴드 정렬, 결함 및 도핑 효과, 그리고 전하 이동 메커니즘 등 미시적 현상을 정량적으로 분석합니다. 또한, 실제 소자 환경과 유사한 조건에서의 시뮬레이션을 통해, 실험적으로 관찰하기 어려운 현상까지 예측하고 설명할 수 있습니다. 이러한 연구는 차세대 반도체, 태양전지, 촉매, 2차원 소재 등 다양한 분야에 응용될 수 있으며, 계면공학을 통한 신소재 설계 및 고성능 소자 개발에 중요한 이론적 기반을 제공합니다. 앞으로도 우리 연구실은 이종계면 및 순수계 연구를 통해 새로운 물질 현상과 혁신적 기능을 지속적으로 발굴해 나갈 것입니다.

응집계(Condensed system) 및 2차원 자성체에서의 전자수송 현상과 양자역학적 효과는 현대 재료과학과 전자공학의 핵심 주제입니다. 우리 연구실은 벌크 소재와 계면에서의 전자 이동, 그리고 그 과정에서 나타나는 양자역학적 현상(예: 초전도성, 자성, 위상학적 상태 등)을 심도 있게 연구합니다. 이러한 현상은 에너지 변환, 정보 저장 및 처리, 차세대 전자소자 개발 등 다양한 산업적 응용과 직결됩니다. 특히, 전통적인 고전역학적 설명이 한계에 부딪히는 나노미터 이하의 영역에서는, 전자의 파동성과 상호작용, 그리고 확률적 거동을 정확히 기술하기 위해 양자 다체 시뮬레이션(Quantum many-body simulation)과 비평형 그린 함수(NEGF) 방법론을 도입합니다. 이를 통해 미시세계에서의 비직관적 현상들을 해석하고, 실험적 관측과 이론적 예측을 연결하는 다리 역할을 수행합니다. 최근에는 2차원 자성체(예: Fe3GeTe2, CrI3 등)와 그 계면에서의 층간 자기결합, 스핀트로닉스 응용, 전기적 제어 가능성 등도 집중적으로 연구하고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 저전력·고성능 정보소자, 신개념 메모리, 양자컴퓨팅 등 미래 기술의 기반을 마련하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

우리 연구실은 다양한 촉매 및 에너지 변환 소재의 전자구조와 물성을 예측하고, 이를 위한 첨단 시뮬레이션 소프트웨어 개발에도 주력하고 있습니다. 촉매 분야에서는 수소 발생(HER), 산소 발생(OER), 이산화탄소 환원(CO2RR), 질소 환원(NRR) 등 친환경 에너지 변환 반응에 적합한 고효율·저비용 촉매를 이론적으로 설계하고, 머신러닝 기반의 고속 스크리닝 기법을 도입하여 혁신적 촉매 후보군을 발굴합니다. 특히, 밀도범함수 이론(DFT)과 동적 평균장 이론(DMFT), GW 방법 등 다양한 계산 방법을 결합하여, 전자 상관 효과, 비평형 상태, 개방계 등 기존 방법론의 한계를 극복하고자 합니다. 또한, 실제 소재의 구조적 안정성, 전자 및 자기적 특성, 계면에서의 반응 메커니즘 등을 정밀하게 예측할 수 있는 시뮬레이션 툴을 자체적으로 개발 및 고도화하고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 연료전지, 금속-공기 배터리, 태양전지, 수전해 시스템 등 다양한 에너지 소자에 적용될 수 있으며, 실험적 소재 개발의 효율성을 극대화하는 데 기여합니다. 앞으로도 우리 연구실은 이론-실험 융합을 통한 신소재 및 소프트웨어 혁신을 선도해 나갈 계획입니다.