University of Seoul QMT

정재일

서울시립대학교 QMT 연구실은 이차원 소재 및 무아레 초격자 구조의 이론적·계산적 연구를 선도하는 그룹입니다. 본 연구실은 트위스트된 이중층 그래핀, 전이금속 칼코게나이드, 육방정계 붕소질화물 등 다양한 하이브리드 2D 소재에서 나타나는 새로운 전자 구조와 상호작용 현상을 심층적으로 탐구합니다. 특히, 무아레 패턴에 의해 유도되는 플랫 밴드, 상관 절연체, 비정상적 초전도, 위상적 양자 홀 상태 등 다양한 양자 상전이와 위상적 특성에 대한 이론적 모델링과 수치 계산을 통해 세계적인 연구 성과를 내고 있습니다. 연구실의 주요 연구 분야 중 하나는 꼬인 이차원 소재의 전자 구조와 상호작용 현상입니다. 트위스트된 그래핀 계열 소재에서 나타나는 플랫 밴드와 강한 쿨롱 상호작용, 그리고 이를 통한 새로운 상전이(예: 상관 절연체, 초전도, 위상적 상태 등)의 원리를 규명하고, 실험 결과와의 정량적 비교를 통해 새로운 물리 현상을 예측합니다. 또한, 무아레 초격자에서의 밴드 구조 조절, 전기장/압력/변형에 따른 동적 제어, 위상적 특성 등 응용 가능성에 대한 연구도 활발히 진행하고 있습니다. 또 다른 핵심 연구 분야는 이차원 자성체 및 스핀질서 제어입니다. 박막 자성체의 자기적 특성, 외부 전기장 및 게이트 전압을 통한 자성 제어, 자성체와 무아레 초격자 구조의 복합적 상호작용 등 다양한 주제를 이론적으로 분석합니다. 이를 통해 차세대 스핀트로닉스 소자, 고밀도 데이터 저장, 저전력 자성 소자 등 혁신적 기술 개발에 기여하고 있습니다. 아울러, 무아레 엑시톤-폴라리톤 및 광학적 양자 시뮬레이션 분야에서도 선도적 연구를 수행하고 있습니다. 무아레 패턴이 엑시톤의 성질을 변화시키고, 이를 활용한 강한 광-물질 상호작용, 폴라리톤 응집, 위상적 광학 현상 등 다양한 응용 가능성을 제시합니다. 이론적 모델링과 수치 시뮬레이션을 통해 실험적 설계와 해석에 중요한 기여를 하고 있습니다. 이와 같은 연구를 바탕으로 QMT 연구실은 차세대 양자 소재 및 소자, 위상적 전자/광학 소자, 양자 시뮬레이터 등 다양한 첨단 기술 개발의 기반을 마련하고 있습니다. 이론과 실험의 긴밀한 협력을 통해 새로운 물리 현상의 발견과 응용 기술의 혁신을 동시에 추구하고 있습니다.