광다발 격자의 분수 양자 홀 상태

전문가 제언

○ 1982년 4명의 과학자들(Thoules, Kohomoto, Nightingale, Nijs)은 준결정체(quasicrystal, QC)를 설명하기 위하여 소위 TKNN 모델을 제안했는데 이는 에너지 갭이 닫히기 전까지는 에너지 밴드 구조를 기술하는 해밀토니안은 같은 클래스에서는 토폴로지 불변성을 가진다는 것이다. 이러한 토폴로지 불변성은 결국 Chern 불변성으로 설명되는 경우가 많다. 위상 수학적 개념과 함께 도입된 추상적 토폴로지 개념은 물리학도들에게도 생소한 개념이었지만 이제는 분수 양자 효과도 Chern 수로 정의하고 있다.

○ 홀 전도특성은 란다우 지수에 대한 채움 지수 ν가 분수가 되는 것이 바로 Chern 수를 갖는 Chern 밴드를 갖는 것을 의미하게 되었다. 스위스의 Neupert 그룹은 균일한 자기장 속에서 모든 란다우 레벨이 Chern 수 ±1과 공유하고 자기장의 방향에 의존한다고 제시하였다.

○ 이 리뷰는 보존의 분수 양자 홀(FQH: Fractional Quantum Hall) 상태를 찬 원자가스에서 표시할 수 있음을 제안한 것이다. 기저상태의 각운동량 인 원자에 적합한 새로운 광다발 격자는 가장 낮은 상태의 실공간의 단위 셀의 상태와 흡사하며 다발 양자수 인 경우에 낮은 에너지 밴드가 란다우 레벨에 대응되며, 가장 낮은 밴드는 Chern 수가 1이고 격자 깊이에 대하여 매우 낮은 에너지 폭을 갖게 됨을 확인하였다.

○ 국내에서 위상절연체와 양자 홀 효과 연구는 서울대, 고려대, 연세대, 울산대와 표준과학원 등에서 수행되고 있으나 광다발 격자를 이용한 분수 양자 홀 효과에 대한 연구는 아직 발표된 바 없다. 카이스트 전 총장 Robert B. Laughlin 박사가 1998년 분수 양자 홀 효과로 노벨 물리학상을 받았다. 이 리뷰에서도 FQH를 Laughlin 상태로 설명되었다. 20세기에 양자 홀 효과로 두 번의 노벨상이 수여되었으며 홀 효과와 관련된 양자유체까지 합하면 7번에 걸쳐 13명의 과학자가 노벨상을 수상하였다. 탄탄한 기초과학의 토대 위에서 창조과학의 꽃이 피고 열매 맺어지기를 기대한다.

저자

Nigel R. Cooper et al

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

기초과학

연도

2013

권(호)

110(18)

잡지명

Physical Review Letters

과학기술
표준분류

기초과학

페이지

1853011~1853015

분석자

윤*중

분석물

• 광다발 격자의 분수 양자 홀 상태.pdf [333,286 byte]

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