나노기술 및 정책 정보

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도쿄(東京)대학 물성연구소, 도쿄(東京)공업대학 과학기술창성연구원 프론티어재료연구소, 이화학연구소(RIKEN), 산업기술종합연구소(AIST), 오사카(大阪)대학 등의 공동 연구그룹이 유사1차원(pseudo-first order) 적층 물질에서의 고차 토폴로지컬 절연체를 비스무트 브롬화합물 Bi4Br4(Bi: 비스무트, Br: 브롬)를 이용한 실험을 통해 실현시킴.

고차 토폴로지컬 절연체는 최근 그 존재가 이론적으로 예상되고 있는 새로운 양자상임. 지금까지 3차원 결정에서의 실현은 확인되지 않아 실험에 의한 검증이 요구되고 있었음.

연구진은 토폴로지컬 원자층을 자유로이 변형할 수 있는 유사1차원 비스무트 할로겐화합물 Bi4X4(X: 요오드(I) 또는 브롬(Br))에 주목, 적층 방식에 의해 다양한 토폴로지컬 양자상을 실현할 수 있는 물질 설계 지침을 제안함. 그 중에서도 특징적 블럭 구조를 갖는 Bi4Br4에 대해‘각도 분해 광전자 분광법’을 이용하여 전자 상태를 직접 관찰한 결과, 이 물질이 고차 토폴로지컬 절연체임을 세계 최초로 입증함.

본 연구 성과는 고차 토폴로지컬 절연체를 이용한 에너지 전력 스핀 류 장치와 양자 계산 디바이스에 응용될 것으로 기대됨.

본 성과는 Nature Materials (Evidence for a higher-order topological insulator in a three-dimensional material built from van der Waals stacking of bismuth –halide chains)에 게재됨.