Coulomb gap 위상에서 집단 전하 동역학의 본질을 이해하는 것은 다체 국소화의 존재를 밝히는 데 필수적이다. 그러나 이에 대응하는 다입자 여기 스펙트럼은 여전히 충분히 이해되지 못하였다. 본 연구에서는 p형 반도체 CuAlO${}_2$에서 ${}^{27}$Al 및 ${}^{63}$Cu 핵자기/사중극자 공명(NMR/NQR), 그리고 비열($C_p$) 측정에 대한 포괄적인 조사를 제시한다. 우리의 연구는 전하 운반자의 Anderson 국소화와 관련된 세 가지 영역을 구분하는 두 개의 교차 온도 스케일에서 전하 동역학의 뚜렷한 변화를 밝혀낸다. 즉, 열적 활성 수송(T>150 K) $ightarrow$ Mott 변형률 가변범위 홉핑(VRH) $ightarrow$ Coulomb gap 형성과 함께 하는 Efros–Shklovskii(ES) VRH(T<50 K)이다. ES VRH 영역에서는 무자장 ${}^{63}$Cu 스핀-격자 이완률의 극적인 분기 현상 $(T_{1}T{)}^{-1}$을 관측하며, 이는 적용된 자기장에 의해 강하게 억제되어 양자 임계 전하 요동을 시사한다. 또한 이는 Coulomb gap 위상 깊은 영역에서 $C_p/T$의 자기장 의존성이 뚜렷하다는 점으로 추가 지지된다. 종합하면, 본 결과들은 단일입자 여기 스펙트럼이 에너지 갭을 갖는 Anderson 절연체 위상 내에서 갭이 없는 강한 집단 전하 요동의 출현에 대한 설득력 있는 증거를 제공한다.

국소화된 스핀이 갖는 특수한 기하학적 배열에서 구현되는 자성 좌절(magnetic frustration)은 종종 실제 공간에서 위상학적으로 비자명한 스핀 텍스처를 촉진하며, 매우 큰 비전형적 홀 응답을 유도한다. 분열( itinerant )된 좌절 자성체에서의 이러한 스핀 베리 곡률(spin Berry curvature) 효과는 주로 정적인 스핀 질서를 전제로 작동하여, 유효 온도 범위를 자기 전이 온도보다 낮게 제한하고, 전형적인 비정상 홀 전도도는 ~ 10 3 Ω −1 cm −1 미만에서 나타난다. 여기서는 초고순도 삼각 격자( triangular-lattice ) 반강자성체 PdCrO 2가 상자성 상태에서 ~ 10 6 Ω −1 cm −1까지 이르는 큰 비정상 홀 전도도를 보이며, 네엘 온도( T N )보다 훨씬 높은 영역에서 ~ 4 T N 까지 그 특성이 유지됨을 보여준다. 보고된 T N 초과 영역에서의 비정상 홀 응답 증가는, 유한한 스핀 키랄리티를 갖는 국소적으로 상관된( ) 요동하는 Cr 스핀으로의 매우 이동성이 큰 Pd 전자의 비대칭 스큐 산란(skew scattering)에 기인한다고 해석된다. 본 연구 결과는 초고순도 영역에서의 자성 좌절을 활용함으로써 고온에서의 거대 비정상 홀 응답을 실현하는 대안적 경로를 시사한다.

구리와 같은 2D 귀금속에서 입계에서의 캐리어 산란은 전자 수송의 본질적 성격을 가려왔다. 그러나 입계가 없는 박막을 성장시킴으로써 2D 구리에서 정공 캐리어에 의한 수송의 본질적 성격을 규명할 수 있음을 보여준다. 쌍정 경계로부터의 아주 약간의 일탈도 전자에게는 입계로 인식되므로, 2D 단결정 구리의 숨겨진 정공-유사(홀형) 특성을 드러내기 위해서는 입계를 철저히 제거하는 것만이 가능하다. зон(영역) 중심을 중심으로 한 큰 육각형 페르미 표면과 зон 모서리 주변의 삼각형 페르미 표면의 두 가지 페르미 표면은, 계산된 페르미 표면 토폴로지와 매우 밀접하게 일치하며, 각도 분해 광전자 분광법(ARPES) 측정 및 2D 단결정 구리에서 관찰된 뚜렷한 비선형 홀 효과를 통해 실험적으로 정공 캐리어의 존재를 확인하였다. 이러한 돌파는 2D 기하구조에서 입계 공학을 통해 금속에서 다수 캐리어의 극성(부호)을 조절할 가능성을 시사한다.

Coulomb gap 위상에서 집단 전하 동역학의 본질을 이해하는 것은 다체 국소화의 존재를 밝히는 데 필수적이다. 그러나 이에 대응하는 다입자 여기 스펙트럼은 여전히 충분히 이해되지 못하였다. 본 연구에서는 p형 반도체 CuAlO${}_2$에서 ${}^{27}$Al 및 ${}^{63}$Cu 핵자기/사중극자 공명(NMR/NQR), 그리고 비열($C_p$) 측정에 대한 포괄적인 조사를 제시한다. 우리의 연구는 전하 운반자의 Anderson 국소화와 관련된 세 가지 영역을 구분하는 두 개의 교차 온도 스케일에서 전하 동역학의 뚜렷한 변화를 밝혀낸다. 즉, 열적 활성 수송(T>150 K) $ightarrow$ Mott 변형률 가변범위 홉핑(VRH) $ightarrow$ Coulomb gap 형성과 함께 하는 Efros–Shklovskii(ES) VRH(T<50 K)이다. ES VRH 영역에서는 무자장 ${}^{63}$Cu 스핀-격자 이완률의 극적인 분기 현상 $(T_{1}T{)}^{-1}$을 관측하며, 이는 적용된 자기장에 의해 강하게 억제되어 양자 임계 전하 요동을 시사한다. 또한 이는 Coulomb gap 위상 깊은 영역에서 $C_p/T$의 자기장 의존성이 뚜렷하다는 점으로 추가 지지된다. 종합하면, 본 결과들은 단일입자 여기 스펙트럼이 에너지 갭을 갖는 Anderson 절연체 위상 내에서 갭이 없는 강한 집단 전하 요동의 출현에 대한 설득력 있는 증거를 제공한다.

국소화된 스핀이 갖는 특수한 기하학적 배열에서 구현되는 자성 좌절(magnetic frustration)은 종종 실제 공간에서 위상학적으로 비자명한 스핀 텍스처를 촉진하며, 매우 큰 비전형적 홀 응답을 유도한다. 분열( itinerant )된 좌절 자성체에서의 이러한 스핀 베리 곡률(spin Berry curvature) 효과는 주로 정적인 스핀 질서를 전제로 작동하여, 유효 온도 범위를 자기 전이 온도보다 낮게 제한하고, 전형적인 비정상 홀 전도도는 ~ 10 3 Ω −1 cm −1 미만에서 나타난다. 여기서는 초고순도 삼각 격자( triangular-lattice ) 반강자성체 PdCrO 2가 상자성 상태에서 ~ 10 6 Ω −1 cm −1까지 이르는 큰 비정상 홀 전도도를 보이며, 네엘 온도( T N )보다 훨씬 높은 영역에서 ~ 4 T N 까지 그 특성이 유지됨을 보여준다. 보고된 T N 초과 영역에서의 비정상 홀 응답 증가는, 유한한 스핀 키랄리티를 갖는 국소적으로 상관된( ) 요동하는 Cr 스핀으로의 매우 이동성이 큰 Pd 전자의 비대칭 스큐 산란(skew scattering)에 기인한다고 해석된다. 본 연구 결과는 초고순도 영역에서의 자성 좌절을 활용함으로써 고온에서의 거대 비정상 홀 응답을 실현하는 대안적 경로를 시사한다.

구리와 같은 2D 귀금속에서 입계에서의 캐리어 산란은 전자 수송의 본질적 성격을 가려왔다. 그러나 입계가 없는 박막을 성장시킴으로써 2D 구리에서 정공 캐리어에 의한 수송의 본질적 성격을 규명할 수 있음을 보여준다. 쌍정 경계로부터의 아주 약간의 일탈도 전자에게는 입계로 인식되므로, 2D 단결정 구리의 숨겨진 정공-유사(홀형) 특성을 드러내기 위해서는 입계를 철저히 제거하는 것만이 가능하다. зон(영역) 중심을 중심으로 한 큰 육각형 페르미 표면과 зон 모서리 주변의 삼각형 페르미 표면의 두 가지 페르미 표면은, 계산된 페르미 표면 토폴로지와 매우 밀접하게 일치하며, 각도 분해 광전자 분광법(ARPES) 측정 및 2D 단결정 구리에서 관찰된 뚜렷한 비선형 홀 효과를 통해 실험적으로 정공 캐리어의 존재를 확인하였다. 이러한 돌파는 2D 기하구조에서 입계 공학을 통해 금속에서 다수 캐리어의 극성(부호)을 조절할 가능성을 시사한다.

실리콘을 넘어서는 효율적이고 비용 효율적인 태양광 흡수체 소재를 찾기 위한 노력의 일환으로, 대체 소재에 대한 탐색에 상당한 주목이 집중되어 왔다. 이러한 소재 중 하나인 아연석(아연스블렌드, zincblende) 유래 Cu2ZnSnS4 (CZTS)는 이상적인 밴드갭 크기와 높은 흡수 계수 때문에 유망함이 입증되었다. 그러나 구조적 결함 및 2차 상(secondary phase) 형성과 같은 문제들이 그 개발을 저해해 왔다. 본 연구에서는 CZTS와 유사한 조성을 갖는 또 다른 화합물 Cu2ZnSnO4 (CZTO)가 유망한 대안이 될 수 있는지를 고찰한다. 진화적 구조 예측 알고리즘과 결합한 ab initio 밀도범함수이론(DFT) 계산을 수행한 결과, 900개의 (메타)안정한 CZTO 가운데 델라포사이트(delafossite) 구조의 결정상이 가장 안정함을 확인하였다. 또한 분자역학 연구를 통해 실온에서의 열역학적 안정성이 역시 확인되었다. 특히, 이 새로운 CZTO 상은 쌍극자 허용 전이(dipole-allowed transition)가 일어나는 직접천이(direct) 밴드갭을 나타내어 효율적인 빛 흡수에 대한 강력한 후보임을 보여준다. 더 나아가 분광학적 제한 최대효율(spectroscopic limited maximum efficiency, SLME)의 추정은 델라포사이트-CZTO가 태양광 흡수체로서 지닌 높은 잠재력을 직접적으로 입증한다. 본 수치 결과는 델라포사이트-CZTO가 향후 태양광 응용에 유망함을 시사한다.

철 기반 초전도체(FeSCs)에서 경쟁하는 상호작용 사이의 미묘한 균형은 이종구조에서 추가적인 계면 상호작용에 의해 쉽게 흔들릴 수 있으며, 흔히 전례 없는 특성을 지닌 이색적 상을 유도한다. 특히 근접 결합된 층이 자성 활성을 가질 때 FeSC에서는 풍부한 상도(phase diagram)가 나타날 것으로 기대되지만, 이는 아직 탐구되지 않았다. 본 연구에서는 고정밀 75As 및 51V 핵자기공명(nuclear magnetic resonance) 측정을 사용하여, FeSC 및 모트 절연 바나듐 산화물을 자연적으로 조립한 이종구조인 Sr2VO3FeAs에서 T0 ~ 155 K 이하의 FeAs 층에서 나타나는 전자적 상을 조사하였다. 우리는 계면 결합을 통해 본래 우세한 Fe stripe 및 V 네일(Neel) 변동을 좌절(frustration)시키면, 정적 자성이나 깨진 C4 대칭 없이 FeAs 층에서 전하/오비탈 질서(charge/orbital order)가 유도됨을 확인했으며, 동시에 SrVO3 층에서 네일 반강자성(Neel antiferromagnetism)은 억제된다. 이러한 결과는 자성 근접 결합이 FeSC에서 숨겨진 질서를 안정화함을 입증하며, 이는 또한 다른 강상관(strongly correlated) 이종구조에도 적용될 수 있음을 시사한다.

Si 기판 위에 에피택셜 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 박막을 성장시키는 것은 기능성 산화물을 첨단 전자 및 에너지 소자에 통합하는 데 핵심적이다. 그러나 박막 성장 공정에서 증착 파라미터들이 복잡하게 상호 의존적인 특성을 지니기 때문에, YSZ 박막의 최적 성장 조건을 규명하는 일은 여전히 어렵다. 본 연구에서는 자원 제약이 있는 환경에서 주요 성장 파라미터를 효율적으로 파악하고 결정성을 최적화하기 위해, 설명 가능한 인공지능(XAI) 방법인 Shapley additive explanations(SHAP)과 베이지안 최적화(BO)를 결합한 통합 접근법을 제안한다. 문헌에서 유래한 데이터를 대상으로 SHAP 분석을 수행한 결과, 산소 분압이 가장 영향력 있는 파라미터로 확인되었고, 그다음은 온도였다. 이러한 순위에 따라 BO를 이용하여 YSZ 002 로킹 커브의 반치폭(Full width at half maximum, FWHM)을 최소화하였다. 그 결과 단 9회의 성장 시도로 FWHM이 0.74°인 고품질 에피택셜 박막을 얻었다. 최적화된 박막은 원자 수준으로 매끈한 표면을 보였으며(제곱평균 거칠기, root-mean-square roughness of ∼0.48 nm), 라만 및 에너지 분산 분광(energy-dispersive spectroscopy)으로 확인한 바에 따르면 화학 조성이 균일하였다. 본 연구는 박막 공정을 효율적이고 해석 가능한 방식으로 최적화하기 위해 XAI와 BO를 통합하는 접근법의 잠재력을 보여준다.