Quantum Materials for Energy Conversion Lab(양자물질 에너지변환 연구실)은 양자역학적 계산과 실험을 융합하여 혁신적인 에너지 및 정보소자용 신소재를 개발하는 데 주력하고 있습니다. 본 연구실은 양자 물질 게놈(Quantum Materials Genome, QMG) 접근법을 통해 다양한 전이금속 산화물, 강유전체, 다기능 산화물 등 첨단 소재의 구조-물성 관계를 체계적으로 분석하고, 이를 바탕으로 새로운 기능성 소재를 설계합니다. 이러한 연구는 에너지 변환, 차세대 메모리, 촉매, 반도체 등 다양한 산업 분야에 직접적으로 응용되고 있습니다. 특히, 밀도 범함수 이론(DFT) 및 ab-initio 시뮬레이션을 활용하여 원자 및 전자 수준에서 소재의 물성을 정밀하게 예측하고, 실험적으로 접근이 어려운 복잡계의 거동을 이해합니다. 반도체 ALD 박막 증착, DRAM 및 NAND 소자 제작, 촉매 표면에서의 분자 반응 메커니즘, 강유전/강자성 전이 금속 산화물의 상변이, 결함 공학 등 다양한 주제에 첨단 계산기법을 적용하고 있습니다. 이를 통해 소재의 미시적 거동을 이해하고, 최적화된 소재 설계 및 성능 향상에 기여하고 있습니다. 또한, 본 연구실은 HfO2, ZrO2 등 실리콘 호환성이 뛰어난 강유전체 박막의 원자 구조 제어, 도메인 엔지니어링, 도핑 및 결함 공학을 통해 초고집적, 초저전력, 멀티레벨 메모리 소자 구현을 목표로 하고 있습니다. 플랫 밴드 기반의 단위셀 스케일 강유전성, 도메인 벽 제어, 음의 압전계수 등 혁신적 현상을 규명하여, 기존 메모리 기술의 한계를 극복하고 있습니다. 다양한 특허 기술과 산업체 협업을 통해 실용화 연구도 활발히 진행 중입니다. 이외에도, 본 연구실은 촉매, 배터리, 수소 생산, CO2 전환 등 에너지 변환 분야의 핵심 소재 연구도 병행하고 있습니다. 촉매 산화물에서의 광-전기-화학 반응 모델링, 스핀-리퀴드 및 스핀-아이스 시스템의 발견, 자성-강유전 결합 현상 규명 등 다양한 혁신적 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 효율이 극대화된 메모리 소자, 고성능 촉매, 차세대 반도체 및 양자소자 등 다양한 첨단 산업 분야에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다. 본 연구실은 세계적 수준의 연구 역량과 창의적 아이디어로 미래 지향적 소재 혁신의 중심에서, 에너지 및 정보소자 분야의 혁신을 주도하고 있습니다. 앞으로도 계산과 실험의 유기적 결합을 통해, 첨단 소재 개발 및 산업 응용에 지속적으로 기여할 것입니다.