이 연구 주제는 자성체의 미시적 상호작용과 거시적 자기 응답 사이의 연결을 밝히는 데 초점을 둔다. 연구실은 강자성체, 반강자성체, 페리자성체, 합성 반강자성체 등 다양한 자성계에서 교환 상호작용, 자기이방성, 자화 반전, 자기 상전이의 본질을 규명하고자 한다. 특히 자성 박막과 이종접합 구조에서 나타나는 비대칭 교환 상호작용과 카이랄 자기 구조는 차세대 스핀트로닉스의 핵심 물리로 주목되며, 연구실은 이러한 현상을 실험적으로 정밀 추적하는 데 강점을 보인다. 최근 연구 성과는 합성 반강자성체에서의 장거리 카이랄 교환 상호작용, FeRh 계열에서의 자기 상전이 유도 스핀 펌핑, 교환 바이어스와 자기 혼합상에서의 비대칭 히스테리시스 등으로 대표된다. 이는 단순한 자성 측정을 넘어 스핀 전류 생성, 자기적 위상 구조의 안정성, 자성 상전이 과정에서의 비평형 동역학까지 확장되는 주제이다. 또한 강자성 공명, 테라헤르츠 분광, 방사광 기반 분광법, 박막 성장 및 자기수송 측정을 결합해 자기 상태 변화의 시간적·공간적 특성을 다각도로 분석한다. 이 연구는 저전력 메모리, 스핀 기반 논리소자, 초고감도 자기 센서와 같은 응용 분야로 이어질 가능성이 크다. 특히 상온에서 안정한 스핀 전류 생성과 자성 상전이 제어 기술은 차세대 정보처리 소자의 핵심 기반이 된다. 연구실은 기초 물리의 정밀한 이해를 바탕으로 자성체의 새로운 기능을 발굴하고, 스핀트로닉스 재료 및 소자 구현으로 연결하는 융합형 연구를 지속적으로 추진하고 있다.

연구실의 또 다른 핵심 축은 양자물질에서 나타나는 비정상 수송 현상과 위상적 전자구조를 탐구하는 것이다. 디랙 반금속, 바일 반금속, 위상절연체, 카고메 격자 물질 등에서 전자 밴드의 대칭성과 스핀 구조가 어떻게 새로운 물성을 만들어내는지에 주목한다. 특히 베리 곡률, 베리 위상, 시간반전 대칭성 붕괴, 반전대칭성 붕괴와 같은 개념을 실험적으로 검증하며, 응집물질계에서의 양자기하학적 효과를 해석하는 연구를 수행한다. 구체적으로는 비선형 홀 효과, 비정상 홀 효과, 자기전기 효과, 자기 양자진동, 베리 상의 정밀 추출, 디랙 반금속에서의 베리 상자성 등 다양한 주제를 다루고 있다. ZrTe5, Cd3As2 계열, GdPtBi, Co3Sn2S2, 희토류 도핑 위상절연체 등 여러 물질계에서 수송과 자성의 결합을 분석하며, 전하·스핀·궤도 자유도의 상호작용을 정량적으로 해석하려는 접근이 특징적이다. 이러한 연구는 단순한 물성 측정을 넘어, 대칭성과 위상량이 실제 측정 가능한 전자기 응답으로 어떻게 나타나는지 밝히는 데 의미가 있다. 위상 물질 연구는 차세대 전자소자뿐 아니라 양자정보, 초저전력 수송, 비휘발성 기능 구현에도 중요한 기반이 된다. 연구실은 새로운 위상 응답을 개척하는 동시에, 자기 질서와 위상 상태가 공존하거나 경쟁하는 복합계에서 미지의 물리 현상을 발굴하려 한다. 이를 통해 응집물질물리의 근본 질문에 답하는 한편, 기능성 양자소재 개발에도 기여하는 연구 방향을 확립하고 있다.

연구실은 나노스케일 구조 제어를 통해 새로운 물성을 구현하는 기능성 박막 및 저차원 소재 연구도 활발히 수행한다. 에피택시 박막, 다층박막, 헤테로구조, 유기 자성 필름, 2차원 페로브스카이트 등 다양한 재료 플랫폼을 활용해 구조·결정성·계면 특성이 전기적, 자기적, 유전적 성질에 미치는 영향을 분석한다. 특히 박막 성장 조건, 도핑, 계면 삽입층, 두께 조절과 같은 공정 변수가 물성 발현의 핵심 매개변수라는 점에 주목한다. 대표적으로 다강체 TbMnO3 박막의 새로운 상 안정화, 2차원 할라이드 페로브스카이트의 강유전-상유전 상전이의 공간 분해 관측, Co 도핑 FeRh 박막의 전이 온도 조절, 유기 강자성체 필름 특허 등은 연구실이 나노구조 제어와 기능 구현을 긴밀하게 연결하고 있음을 보여준다. 이 과정에서 압전응답현미경, 회절 분석, 분광 기법, 자기수송 및 광학 측정이 함께 활용되며, 재료 내부의 도메인 구조와 상변화 메커니즘을 직접적으로 추적한다. 이는 단순 소재 합성을 넘어 구조-물성 상관관계를 정밀히 규명하는 연구 전략이다. 이러한 기능성 박막 연구는 메모리, 센서, 광전자소자, 스핀 기반 소자, 유연 전자소자 등으로의 응용 가능성이 높다. 나노스케일에서의 상전이와 도메인 거동을 이해하면 재료의 성능 한계를 넘어서는 설계가 가능해진다. 연구실은 응집물질물리의 기초 원리를 바탕으로 실제 소자 적용이 가능한 고성능 기능성 소재를 발굴하고, 박막 및 저차원 물질의 새로운 물성 창출로 연구 영역을 확장하고 있다.