연구분야

반도체, 금속 등 응집물질 내의 매우 작은 스케일에서는 전하들이 가지는 파동의 특성으로 인해 생기는 다양한 양자현상들이 발생하고 있습니다. 이러한 양자현상의 예를 들자면 초전도현상, 자기 스핀현상 등을 들 수 있습니다. 차세대 양자소자 연구단은 이러한 응집 물질에서 생기는 양자현상의 기초 원리를 이해하고, 이를 기반으로 하는 차세대 양자 소자를 개발하려는 열망을 갖고 있습니다. 

응집물질내 양자현상에 대한 기초 연구의 주제로서는 새로운 물질, 창발 현상, 전자들 사이의 상호작용, 위상학적인 효과, 복합 반도체, 고온 초전도체, 표면, 계면, 합성 금속, 전이 금속 및 희토류 금속 산화물, 양자 점과 양자 우물, 자성과 스핀트로닉스, 저온 성질 등을 예로 들 수 있습니다. 

요즘 응집 물질 물리학 분야의 중요한 문제들은 풀기가 쉽지 않아서 응집 물질 물리학 분야 내의 여러 전문가 그리고 다른 분야 전문가와의 협동 연구가 필요한 경우가 많습니다. 우리 연구소에서는 응집 물질 물리 분야의 서로 다른 주제를 연구하는 20명이 넘는 교수들 사이에 서로 활발한 협동 연구를 통하여 큰 시너지 효과를 얻고 있습니다. 국내나 국외의 다른 그룹과의 협동 연구를 하기도 합니다.

나노물리와 나노광자학은 나노 미터(10-9 m) 크기의 영역에서 일어나는 다양한 물리 현상을 이해하고, 나노물질 혹은 나노구조를 제작하여 역학적, 전기적, 광학적 특성 등 다양한 물리적 성질을 관측하고 이해하며 이를 응용하는 연구 분야입니다. 

나노물리와 나노광자학은 물리학에만 국한하지 않고 화학, 생물학, 재료공학, 전자공학 등 다양한 학문 분야와의 융합을 통해 물질 및 구조에 대한 기존의 현상적 원리 규명 범위를 넘어 나노 영역에서 일어나는 새로운 현상의 원리를 이해하고 이를 바탕으로 다양한 나노 소재 및 소자로의 적용을 추구하고 있습니다. 또한 고전세계에서 볼 수 없는 미시세계의 양자현상을 관찰함으로서 양자역학의 기본원리를 실험적 또는 이론적으로 탐구하는 기초 학문분야이기도 합니다. 

우리 연구소에서는 화합물반도체 물질, 산화물반도체 물질, 탄소 물질 및 이차원 원자층 나노물질, 초전도체 물질, 그리고 분자 및 유기물 등 다양한 물질들을 이용하여 나노소재를 합성하고 나노구조를 제작하여 새로운 물리 현상 규명은 물론 나노 전자소자 및 광소자로의 응용을 탐색하고 있습니다. 또한 국소적으로 가둬진 원자와 전자의 양자 결맞음을 이용한 나노 양자소자의 특성을 연구하고 있습니다. 우리 연구소는 교내는 물론 국내외의 여러 물리학 및 타 전공 연구팀들과 활발한 융합 연구를 통하여 신기술을 창출하고자 노력하고 있습니다.

광•디스플레이 연구단은 빛에 대한 기초적인 이해를 증진하기 위한 연구에서 시작하여, 이렇게 새로이 개발된 기술을 활용하여 기존 광소자와 디스플레이의 성능을 향상시키고, 더 나아가 신개념의 소자를 개발하는 연구를 수행합니다. 

구체적인 예를 들자면, 양자광학, 양자혼돈, 나노유체, 양자정보, 극저온 원자기체를 이용한 초유체 물질상태 등에 대한 연구를 수행합니다. 양자광학 및 양자혼돈 분야는 원자와 공진기의 결맞은 상호작용을 이용한 강한 세기의 양자광 발생, 단광자 발생, 양자메모리 및 이를 이용한 양자정보 연구, 광격자를 이용한 원자광학, 미소공진기를 이용한 양자혼돈 연구를 수행합니다. 

원자물리 및 나노유체 분야는 레이저 냉각된 저온 원자를 이용한 비평형 현상연구, 보즈-아인슈타인 응집상태를 이용한 양자 및 응집 현상 연구, 그리고 나노 영역의 분자클러스터 및 유체를 이용한 국소화 특성과 응용 연구가 진행 중입니다. 양자정보 분야는 양자 얽힘과 양자 비국소성, 양자-고전 전이 등 양자이론의 기초와 양자컴퓨터와 양자통신 등 양자정보처리의 광학적 구현 방법 등을 연구합니다.

현재의 지식한계에서 생명현상은 드넓은 우주 중 지구에서만 유일하게 관찰되는 특수한 현상으로 우주 전체에서 일어나는 다양한 현상을 그 연구 대상으로 다루는 물리학의 입장에서 볼 때 아주 작은 부분을 차지합니다. 하지만 과학 연구의 최종 목적이 우리 자신을 이해하는 것이라고 할 때 생명 현상의 이해는 모든 과학연구의 중심에 있다고 볼 수도 있습니다. 

생물물리는 무생물 현상과는 확연히 구별되는 생명현상의 작동원리를 통계역학, 전산물리, 나노과학, 최첨단 광학기술 등을 이용하여 정량적으로 이해하고자 하는 연구분야로 작게는 단일분자에서 시작해서 크게는 생명체에서 일어나는 신비한 생명현상을 그 연구 대상으로 가집니다.
뿐만 아니라 이 과정에서 얻어진 지식과 기술을 이용하여 실생활에 이용될 수 있는 분자 센싱 및 의료용 진단/분석 기술을 개발하는 노력도 같이 이루어지고 있습니다.