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중국과학원 물리 연구소 산하 베이징(北京) 응집물질 물리 국가 연구 센터 연구팀은 공동 연구를 통해 투영(投影) 양자 몬테카를로(Quantum Monte Carlo) 방법을 사용하여 회전각 그래핀 유효 결정격자 모델에서 전자 간의 강한 관련효과에 대한 연구를 실행하였으며, 동 유효 모델이 전자 중성점(neutral point)에서의 바닥상태(ground state) 상평형 그림(phase diagram)에 대한 연구를 실행하여 중대성과를 취득하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 6각 격자의 클러스터 전하 상호 역할 U에 대한 연구를 실행하였는데 상호 역할이 비교적 작을 때 시스템은 디랙 반금속 상태(Dirac semi-metal, DSM)에 처하게 되며, 상호 역할 강도 U가 증가함에 따라 디랙 페르미온(dirac fermion)의 페르미온 속도는 재 규격화 되고 U/t=25.1(2) 수준에까지 도달하며, 시스템의 낮은 에너지 상황에서는 한 개의 질량 조건(mass term)이 나타나며, 디랙 콘(dirac cone)에서 에너지 갭을 열 수 있고, 시스템은 연속적인 위상 변이를 거쳐 DSM 상태로부터 6각 격자 공명 원자가 결합 고체 위상(plaquette valence bond soild, pVBS)으로 전환된다는 점을 입증하였음. 연구팀은 정밀 수치 분석을 통해 연속 위상 변이는 3차원 N=4 Gross-Neveu 키랄성(chirality) 보편 적용 유형에 속하고, 연속 대칭성이 지속적으로 나타나며, 금속 상태로부터 절연체 상태로의 위상 변이가 발생한다는 점을 발견하였으며, 상호 역할 강도가 U/t=46 수준까지 지속적으로 도달하게 되면 시스템은 다시 위상 변이를 발생시키게 되며, pVBS로부터 기둥 상태의 공명 원자가 결합 고체 위상에 도달하게 된다는 점을 발견하였음. 연구팀은 시스템이 위상 변화 점 주변에서 나타내는 운동 에너지(kinetic energy), VBS의 순서 매개 변수(order parameter) 등 물리량(physical quantity)에 대해 정밀 분석을 실행하였으며, 관련 위상 변이가 1급 위상 변이에 속한다는 점을 확정하였으며, pVBS와 cVBS 교차점, 예를 들면 1급 위상 변이의 두 가지 위상 공존 구역에서 변두리에 토폴로지 보호가 가능한 변두리 상태가 존재한다는 점을 입증하였음.

이번 연구를 통해 양자 임계 오르내림 차원에서 회전각 그래핀에 대한 실험 결과를 정확히 이해할 실마리를 제공하였으며, 대규모 수치 계산을 이용하고 유효 결정격자 모델 분석을 보조 수단으로 활용하여 회전각 그래핀 시스템 방향에 대한 연구를 성공적으로 실행하였음.

본 연구 성과는 Physical Review Letters 에 게재됨