약하게 비틀린( m arginally twisted ) 박막( van der Waals ) 동종 및 이종 헤테로구조에서는, 자발적인 원자 재구성이, 경계면(domain boundaries)로 분리된 정합성 있는 적층 도메인(commensurate stacking domains)을 형성하며, 이 경계면은 전위(dislocations)로 간주될 수 있다. 여기서는 재구성된 도메인 경계 네트워크 내 도메인 경계의 버거스 벡터(Burgers vectors)를 규명하기 위해, 회절-대조 분석을 결합한 암시야 투과 전자현미경(dark field transmission electron microscopy)을 사용한다. 이차원(2D) 재료의 원자적으로 얇은 특성으로 인해, 회절 대조는 운동학적 근사(kinematical approximation) 내에서 해석될 수 있으며, 이에 따라 전위의 성격을 단순하고 접근 가능하게 분석할 수 있다. 항병렬 적층(antiparallel stacking)을 갖는 약하게 비틀린 이층 MoS2에서는, 커다란 육각형 MX′ 도메인이 나사형(screw-type) 완전 전위(perfect dislocations)로 이루어진 네트워크에 의해 둘러싸여 있다. 비틀림 각도가 증가함에 따라, 이러한 육각형 도메인은 정삼각형(triangular) MX′ 도메인으로 진화하며, 완전 전위의 육각형 네트워크로부터 부분 전위(partial dislocations)의 삼각형 네트워크로 도메인 경계가 재조직된다. 본 연구는 재구성된 비틀린 2D 재료에서 전위 네트워크와 비틀림 각도에 의해 유도되는 그 진화 과정을 규명하기 위한 접근 가능한 틀을 확립한다.

원소 인은 다양한 다형체(polymorphs)를 통해 안정화될 수 있는 능력 때문에 재료 설계 측면에서 흥미로운 기회를 제공한다. 본 연구에서는 1차원(1D) 인 나노링(nanoring)과 나노헬릭스(nanohelix) 구조를 조사한다. 1차원 인 동소체는 나노 반응 용기 역할을 하는 탄소 나노튜브(CNTs) 내에서 안정화된다. 투과전자현미경(TEM) 이미징은 나노링 및 나노헬릭스 구조의 형성에 대한 실험적 증거를 제공한다. 제일원리 계산은 원자가대(valence)와 전도대(conduction) 사이에서 서로 다른 궤도 성격을 보이며, 또한 변형에 의해 원자가대의 재배열(valence band reordering)이 유도됨을 밝혀낸다. 본 연구 결과는 1차원 인 나노구조의 위상학적(topological) 및 광학적(optical) 성질에 대한 후속 연구를 위한 기반을 제공한다.

Pines의 예측 이후 67년이 지난 지금, 3차원 음향 플라즈몬인 ``demon'' 모드가 비전형 초전도체 Sr${}_2$RuO${}_4$에서 실험적으로 관측되었다. 이 저에너지, 전하 중성 여기(excitation)는 초전도 결합 상호작용에서 중요한 역할을 할 수 있다. 저자들은 여기에서 Sr${}_2$RuO${}_4$에서 demon 모드가 동역학적 차폐 쿨롬 상호작용과 쿨롬 커널에 미치는 영향을 계산한다. 그들의 결과는 demon 모드가 전자들 사이의 쿨롬 반발을 감소시켜, 이방성 초전도에 유리함을 보여준다. 또한 demon 모드를 나타내는 다른 물질에서도 쿨롬 반발이 감소하여 잠재적으로 초전도가 향상될 수 있음을 시사한다.

본 연구에서는 초전도체 Sr${}_2$RuO${}_4$에서의 페어링 상호작용에서의 역할 평가에 초점을 맞추어, 최근 관측된 3차원 음향 플라즈몬인 ‘demon’ 모드의 특성을 조사한다. demon 모드는 저에너지 전자 여기이며, 이는 콜롬 반발을 감소시키는 데 기여할 수 있고 나아가 전자 간의 가능한 인력 상호작용에도 기여할 수 있다고 제안되어 왔다. 본 연구에서는 유전체 함수에 대해 유전율의 랜덤 위상 근사(random phase approximation)와, 보정된 타이트-바인딩 밴드 구조를 사용하여 Sr${}_2$RuO${}_4$에서의 동적으로 차폐된 콜롬 상호작용을 명시적으로 계산한다. 여기서는 Sr${}_2$RuO${}_4$에 초점을 맞추지만, 이 물질은 demon 모드가 관측된 프로토타입 시스템으로 주로 고려되며, 본 결과는 다른 시스템으로의 적용을 위한 지침으로 간주되어야 한다. 계산 결과, ($\mathbf{q}$, $\omega$) 공간의 특정 영역에서는 콜롬 상호작용이 인력을 띠게 되는 것으로 나타났다. 또한 demon 모드는 Sr${}_2$RuO${}_4$에서 전체적인 인력 전자 페어링 상호작용을 생성할 수는 없지만, 관련 페어링 에너지 스케일에서 콜롬 반발을 유의미하게 감소시키는 데 기여함을 확인하였다.

밀접하게 결합되지 않은 흡착종이 그래핀 위에 존재할 때 나타나는 전자이동(전기이주, electromigration) 힘을 밀도범함수 기반 계산을 사용하여 조사한다. 흡착종에 작용하는 전자이동 힘의 성격은 흡착종 상태와 그래핀의 페르미 준위 사이의 에너지 준위 정렬에 중대하게 좌우됨을 확인하였다. 프론티어 궤도들이 페르미 준위에 가깝게 위치하는 공명(resonant) 흡착종의 경우, 전자이동 힘은 흡착종 전하의 부호와 무관하게 전자 흐름 방향을 따라 강하게 증강된 전자 바람 힘(electron wind force)에 의해 지배된다. 반면 공명이 아닌(nonresonant) 흡착종에 대해서는 전자이동 힘이 본질적으로 흡착종 전하에 의존하는 직접 힘(direct force)으로 나타난다. 또한 공명 흡착종에 대해서는 정전기적 게이팅을 통해 전자이동 힘의 크기가 연속적으로 조절 가능함을 보인다. 본 연구 결과는 숙주 물질 내부 또는 표면에서 나노스케일 물체가 거동하는 방식을 이해하고 제어하는 데 새로운 통찰을 제공한다.

주사 터널링 현미경(Scanning Tunneling Microscopy, STM)으로 반도체 블랙 인(phosphorus)의 표면에서 이온화된 인듐(Indium) 불순물이 유도하는 비정상적인 전하 변조를 관찰한다. STM 팁에 의해 불순물이 음전하 상태로 전환될 때, 불순물 중심 주변에 주기적인 전하 변조가 나타나지만, 이는 나노스케일 불순물 퍼텐셜에 의해 엄격히 국소화되어 있다. 이러한 변조는 일그러진 삼각형 패턴을 형성하며, 양(+) 바이어스의 넓은 범위에서 주기성은 변하지 않는다. 또한 이러한 국소 전하 질서는 페르미 표면의 이방성을 바탕으로 기대되는 것과는 반대의 이방성을 보이므로, 단순한 에너지띠 구조 해석을 어렵게 한다. 본 실험은 불순물 엔지니어링을 통해 거시적 전하 질서를 생성하고 조작할 수 있음을 보여준다.

어닐링은 절단 주파수를 약 10배 향상시키는 데 사용된다.

0.28 eV Å. 저에너지 전자 구조의 비정상적으로 복잡한 성격을 밝혀, 이 중요한 물질 계열에 대한 우리의 근본적 이해를 한층 진전시킨다.

사차원(쿼터너리) 합금 사슬도 합성 및 특성화되었으며, 원자 사슬 수준에서 조절 가능한 반도체 성질을 보였다. 밀도범함수이론 계산 결과, 이러한 합금 사슬의 밴드갭은 조성 공학을 통해 광범위하게 조절될 수 있음을 확인하였다. 본 연구는 단일 사슬 한계에서 반도체 조성을 합성하고 제어하여 재료 특성을 맞춤화할 수 있는 가능성을 제공한다.

약하게 비틀린( m arginally twisted ) 박막( van der Waals ) 동종 및 이종 헤테로구조에서는, 자발적인 원자 재구성이, 경계면(domain boundaries)로 분리된 정합성 있는 적층 도메인(commensurate stacking domains)을 형성하며, 이 경계면은 전위(dislocations)로 간주될 수 있다. 여기서는 재구성된 도메인 경계 네트워크 내 도메인 경계의 버거스 벡터(Burgers vectors)를 규명하기 위해, 회절-대조 분석을 결합한 암시야 투과 전자현미경(dark field transmission electron microscopy)을 사용한다. 이차원(2D) 재료의 원자적으로 얇은 특성으로 인해, 회절 대조는 운동학적 근사(kinematical approximation) 내에서 해석될 수 있으며, 이에 따라 전위의 성격을 단순하고 접근 가능하게 분석할 수 있다. 항병렬 적층(antiparallel stacking)을 갖는 약하게 비틀린 이층 MoS2에서는, 커다란 육각형 MX′ 도메인이 나사형(screw-type) 완전 전위(perfect dislocations)로 이루어진 네트워크에 의해 둘러싸여 있다. 비틀림 각도가 증가함에 따라, 이러한 육각형 도메인은 정삼각형(triangular) MX′ 도메인으로 진화하며, 완전 전위의 육각형 네트워크로부터 부분 전위(partial dislocations)의 삼각형 네트워크로 도메인 경계가 재조직된다. 본 연구는 재구성된 비틀린 2D 재료에서 전위 네트워크와 비틀림 각도에 의해 유도되는 그 진화 과정을 규명하기 위한 접근 가능한 틀을 확립한다.

원소 인은 다양한 다형체(polymorphs)를 통해 안정화될 수 있는 능력 때문에 재료 설계 측면에서 흥미로운 기회를 제공한다. 본 연구에서는 1차원(1D) 인 나노링(nanoring)과 나노헬릭스(nanohelix) 구조를 조사한다. 1차원 인 동소체는 나노 반응 용기 역할을 하는 탄소 나노튜브(CNTs) 내에서 안정화된다. 투과전자현미경(TEM) 이미징은 나노링 및 나노헬릭스 구조의 형성에 대한 실험적 증거를 제공한다. 제일원리 계산은 원자가대(valence)와 전도대(conduction) 사이에서 서로 다른 궤도 성격을 보이며, 또한 변형에 의해 원자가대의 재배열(valence band reordering)이 유도됨을 밝혀낸다. 본 연구 결과는 1차원 인 나노구조의 위상학적(topological) 및 광학적(optical) 성질에 대한 후속 연구를 위한 기반을 제공한다.

Pines의 예측 이후 67년이 지난 지금, 3차원 음향 플라즈몬인 ``demon'' 모드가 비전형 초전도체 Sr${}_2$RuO${}_4$에서 실험적으로 관측되었다. 이 저에너지, 전하 중성 여기(excitation)는 초전도 결합 상호작용에서 중요한 역할을 할 수 있다. 저자들은 여기에서 Sr${}_2$RuO${}_4$에서 demon 모드가 동역학적 차폐 쿨롬 상호작용과 쿨롬 커널에 미치는 영향을 계산한다. 그들의 결과는 demon 모드가 전자들 사이의 쿨롬 반발을 감소시켜, 이방성 초전도에 유리함을 보여준다. 또한 demon 모드를 나타내는 다른 물질에서도 쿨롬 반발이 감소하여 잠재적으로 초전도가 향상될 수 있음을 시사한다.

본 연구에서는 초전도체 Sr${}_2$RuO${}_4$에서의 페어링 상호작용에서의 역할 평가에 초점을 맞추어, 최근 관측된 3차원 음향 플라즈몬인 ‘demon’ 모드의 특성을 조사한다. demon 모드는 저에너지 전자 여기이며, 이는 콜롬 반발을 감소시키는 데 기여할 수 있고 나아가 전자 간의 가능한 인력 상호작용에도 기여할 수 있다고 제안되어 왔다. 본 연구에서는 유전체 함수에 대해 유전율의 랜덤 위상 근사(random phase approximation)와, 보정된 타이트-바인딩 밴드 구조를 사용하여 Sr${}_2$RuO${}_4$에서의 동적으로 차폐된 콜롬 상호작용을 명시적으로 계산한다. 여기서는 Sr${}_2$RuO${}_4$에 초점을 맞추지만, 이 물질은 demon 모드가 관측된 프로토타입 시스템으로 주로 고려되며, 본 결과는 다른 시스템으로의 적용을 위한 지침으로 간주되어야 한다. 계산 결과, ($\mathbf{q}$, $\omega$) 공간의 특정 영역에서는 콜롬 상호작용이 인력을 띠게 되는 것으로 나타났다. 또한 demon 모드는 Sr${}_2$RuO${}_4$에서 전체적인 인력 전자 페어링 상호작용을 생성할 수는 없지만, 관련 페어링 에너지 스케일에서 콜롬 반발을 유의미하게 감소시키는 데 기여함을 확인하였다.