[김선제 학생, Yuting Qian 박사, 양범정 교수] 고체의 양자메트릭 측정 성공 (Science 논문 게재)
Direct measurement of the quantum metric tensor in solids
양자 메트릭은 양자 상태 사이의 거리를 기술하는 양자역학의 근본이 되는 물리량이다. 최근 많은 연구 결과들은 양자 메트릭이 고체 내 전자의 바니어 함수의 크기, 평평띠의 란다우 레벨, 초전도 현상 유도와 같은 고체 내의 근원적인 물리적 현상을 설명하는 핵심적인 물리량임을 밝혔다. 양범정 교수 연구팀은 세계 최초로 고체의 양자 메트릭을 측정하는 방법을 정립했다. 구체적으로, 각분해능 광전자 분광(ARPES)을 기반으로 분광 데이터로부터 전자의 양자상태를 기술하는 유사스핀을 추출한 뒤, 이를 통해 양자 메트릭을 계산하는 방법을 정립했다. 또한 연세대 김근수 교수 연구팀과의 협업을 통해 흑린(black phosphorus)의 분광 데이터로부터 양자 메트릭을 추출함으로써 정립한 방법을 실험적으로 확인하는데 성공했다. 본 연구 결과는 양자컴퓨팅, 양자 센싱 등 양자 상태의 정확한 설계가 필요한 기술 전반에 활용이 기대된다. 본 연구는 삼성미래기술육성재단, 한국연구재단 선도연구센터(SRC), G-Hub사업, 및 교육부 G-LAMP 사업의 지원을 받아 이루어졌다.
The quantum metric tensor is a central geometric quantity in modern physics that is defined as the distance between nearby quantum states. Despite numerous studies highlighting its relevance to fundamental physical phenomena in solids, measuring the complete quantum metric tensors in real solid-state materials is challenging. Here, we report a direct measurement of the full quantum metric tensors of Bloch electrons in solids using black phosphorus as a representative material. We extract the momentum space distribution of the pseudospin texture of the valence band from the polarization dependence of angle-resolved photoemission spectroscopy measurement. Our approach is poised to advance our understanding of quantum geometric responses in a wide class of crystalline systems.
Authors: Sunje Kim†, Yoonah Chung†, Yuting Qian†, Soobin Park, Chris Jozwiak, Eli Rotenberg, Aaron Bostwick, Keun Su Kim* & Bohm-Jung Yang*
Publication date: 5 June 2025