양자 에너지 소자 연구실(QED Lab)은 2차원 소재(그래핀, 전이금속 칼코게나이드 등)를 기반으로 한 첨단 물리 현상과 혁신적 소자 개발을 선도하는 연구실입니다. 본 연구실은 원자 단위의 두께와 독특한 전자 구조를 가진 2차원 소재를 활용하여, 새로운 양자 현상(위상 절연체, 웨일 준금속, 강유전성 등)과 상전이, 결정학, 소자 공정 및 측정, 광학, 투과전자현미경, 전자구조계산 등 다양한 분야의 융합 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 배리스터(Barristor) 소자와 이종구조상 소자(heterophase homojunction device) 등 세계 최초의 혁신적 소자 구조를 개발하여, 전 세계적으로 광학/가스 센서, 트랜지스터, 뉴로모픽 소자 등 다양한 분야에서 응용되고 있습니다. 또한, 2차원 소재의 상전이 제어 및 위상 엔지니어링을 통해 전자, 스핀, 열 에너지의 원자 단위 수송 특성을 정밀하게 조절하고, 차세대 반도체, 양자 정보, 에너지 변환, 신경모방 컴퓨팅 등 다양한 첨단 산업 분야에 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 본 연구실은 인공지능(AI) 시대를 맞이하여, 초고집적·초절전 뉴로모픽 및 메모리 소자 개발에도 주력하고 있습니다. 2차원 물질에서 발현되는 특이한 물리학적 현상을 활용하여, 기존의 선택소자, 메모리, 중앙처리장치(CPU) 기능을 하나의 2차원 소자에 통합하는 기술을 세계 최초로 제안하였으며, self-selective device array, in-sensor reservoir computing 등 새로운 개념을 도입하여, 피코줄(10^-12 J) 수준의 초저전력 구동이 가능한 메모리 소자를 구현하고 있습니다. 또한, 원자 단위에서의 열, 스핀, 전자 수송 현상과 이를 기반으로 한 나노 열전소자 개발에 대한 선도적 연구를 수행하고 있습니다. 1 nm 이하의 원자 크기에서 발생하는 격자 대칭 붕괴, 포논 퍼들(phonon puddles) 등 미시적 열 현상을 세계 최초로 규명하였으며, 이를 통해 전자와 포논의 산란 현상이 나노 열전소자 성능에 미치는 영향을 정량적으로 분석하고 있습니다. 이 외에도, 본 연구실은 소재 합성, 소자 설계, 전기적/광학적 특성 평가, 이론적 모델링 등 전주기적 연구를 수행하며, 학계와 산업계 모두에 기여하는 선도적 연구를 지속하고 있습니다. 앞으로도 2차원 소재의 새로운 물리적 특성과 이를 활용한 혁신적 소자 개발을 통해, 차세대 과학기술의 발전을 이끌어 나갈 것입니다.