본 연구실은 그래핀 및 다양한 2차원 물질을 기반으로 한 양자 홀 효과와 그에 수반되는 다체 상호작용 현상을 심도 있게 연구하고 있습니다. 그래핀의 우수한 이동도와 독특한 쿨롱 상호작용 특성을 활용하여, 부분적으로 채워진 란다우 준위에서 나타나는 새로운 상관된 바닥상태를 탐구합니다. 특히, 비틀린 이중층 그래핀과 같은 구조에서는 층간 결맞음이 유도하는 엑시톤 응축, 분수 양자 홀 상태, 그리고 심지어 비아벨리언 애니온과 같은 이색적인 준입자 현상까지 실험적으로 관찰하고 있습니다. 이러한 연구는 초고품질의 2차원 전자계 샘플 제작, 정밀한 저온 및 고자기장 측정 기술, 그리고 다양한 외부 매개변수(전기장, 압력, 자기장 등)의 조절을 통해 이루어집니다. 이를 통해, 기존 반도체 기반 시스템에서 볼 수 없었던 새로운 양자 상전이와 위상적 특성을 규명하고, 복잡한 상호작용이 만들어내는 다체 물리의 본질을 밝히고자 합니다. 또한, 최근에는 모아레 초격자 구조에서 나타나는 비선형 란다우 팬 다이어그램, 밸리-스핀 결합 현상, 그리고 분수 양자 홀 초유체 상태 등 다양한 혁신적 결과를 도출하고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 양자 소자 및 정보처리 기술의 기반이 되는 새로운 물리 현상에 대한 이해를 심화시키며, 궁극적으로는 양자 컴퓨팅, 밸리트로닉스, 스핀트로닉스 등 응용 분야로의 확장 가능성을 제시합니다. 실험적 발견과 이론적 모델링을 결합하여, 2차원 물질의 전자적, 자기적, 위상적 특성을 총체적으로 규명하는 것이 본 연구실의 핵심 목표입니다.

본 연구실은 위상적 특성을 지닌 반데르발스 자성체와 새로운 저차원 물질의 설계, 성장, 그리고 특성 분석에 중점을 두고 있습니다. 최근 그래핀과 위상 절연체의 발견은 전통적인 대칭성 파괴에 기반한 상전이와는 다른, 전자파동함수의 '꼬임'에 기초한 위상적 양자상 개념을 도입하였습니다. 이에 따라, 자성과 밴드 위상성이 결합된 새로운 물질군을 탐색하고, 이들이 보여주는 거대 위상 수송 현상 및 스핀트로닉스 응용 가능성을 실험적으로 검증하고 있습니다. 연구실에서는 금속, 강자성체, 초전도체 등 다양한 바닥상태를 가진 2차원 물질을 선택적으로 조합하여, 반데르발스 힘을 이용한 헤테로구조를 제작합니다. 이를 통해 각 물질의 고유 특성을 결합하거나 새로운 상을 유도하여, 미지의 물리적 영역을 개척하고 있습니다. 또한, 단결정 성장, 플럭스 성장, 화학/물리적 기상 운반, 브리지만 방법 등 다양한 성장 기법을 활용하여 고품질의 샘플을 확보하고, 전자 및 스핀트로닉 수송 특성을 정밀하게 측정합니다. 이러한 연구는 차세대 위상 전자소자, 스핀트로닉스, 양자 정보 소자 등 혁신적 응용 분야로의 확장성을 가지고 있습니다. 나아가, 다중 극한 조건(초저온, 고자기장, 고압력, 고전기장)에서의 물성 측정 및 새로운 위상적 자성체의 발견을 통해, 저차원 물질의 위상적 구조와 그 기능성을 심층적으로 규명하고 있습니다.