장지훈 연구실은 고체물리학의 다양한 현상을 심도 있게 탐구하며, 특히 나노스케일에서의 자성체 및 그 물리적 특성에 집중하고 있습니다. 연구실은 금속 나노입자, 페리틴과 같은 생체 나노입자, 그리고 다양한 금속 산화물 나노구조체의 자기적, 전자적 성질을 실험적으로 규명합니다. 이를 위해 NMR(핵자기공명), ESR(전자스핀공명), μSR(뮤온 스핀 분광법) 등 첨단 분광기법을 활용하여 미시적 자기 상호작용과 양자역학적 효과를 분석합니다. 특히, 나노입자에서 나타나는 자성 장벽 분포, 블로킹 온도 분포, 표면 자성 등은 기존의 벌크 물질과는 다른 독특한 물리적 현상을 보입니다. 연구실은 이러한 현상을 정밀하게 측정하고, 이론적 모델과 실험 데이터를 비교함으로써 나노자성체의 근본적인 물리적 메커니즘을 밝히고자 합니다. 또한, 단분자 자성체, 분자 클러스터 등 양자자성체의 스핀 동역학과 양자상전이 현상도 주요 연구 주제입니다. 이러한 연구는 차세대 정보 저장, 스핀트로닉스, 바이오센서 등 다양한 응용 분야로의 확장 가능성을 내포하고 있습니다. 나노자성체의 자기적 특성에 대한 깊은 이해는 고성능 자기재료 개발뿐만 아니라, 생명과학 및 의공학 분야에서의 혁신적인 기술 창출에도 기여할 수 있습니다.

연구실은 양자자성체의 스핀 동역학 및 양자상전이 현상에 대한 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 분자 클러스터, 삼각 격자, 허니컴 격자 등 다양한 저차원 양자자성체를 대상으로, 스핀 액체, 스핀 프러스트레이션, 무질서 효과 등 복잡한 양자현상을 실험적으로 규명합니다. 이를 위해 다양한 자기장 및 온도 조건에서의 자기적 응답을 측정하고, 스핀의 시간적·공간적 상관관계를 분석합니다. 특히, μSR, NMR, ESR 등 첨단 자기공명 기법을 활용하여 국소 자기장, 스핀 요동, 스핀-격자 상호작용 등을 정밀하게 측정합니다. 최근에는 무질서가 도입된 키타에브 스핀 액체, 삼각 격자 기반의 스핀 액체 후보 물질, 그리고 다양한 전이금속 산화물에서의 비정상적 스핀 동역학을 집중적으로 연구하고 있습니다. 이러한 연구는 양자자성체의 새로운 상과 그 전이 메커니즘을 이해하는 데 중요한 기여를 하고 있습니다. 양자자성체 연구는 기초과학적 의미뿐만 아니라, 양자정보처리, 양자컴퓨팅, 첨단 센서 개발 등 미래 기술의 기반이 되는 분야입니다. 연구실은 실험적 발견과 이론적 해석을 결합하여, 새로운 양자상과 스핀 기반 소자의 실현 가능성을 모색하고 있습니다.