과학연구

벌집형나노리본에서 원편극된 레이자에 의한 플로케위상학적상의 출현

 2022.9.26.

위대한 령도자 김정일동지께서는 다음과 같이 교시하시였다.

《우리는 중요과학기술부문에 힘을 집중하면서 레이자를 비롯한 새로운 과학기술분야를 발전시키며 새로 건설하는 공장들과 기술개건대상들에 최신과학기술을 적극 받아들이도록 하여야 합니다. 이와 함께 수학, 물리학, 생물학을 비롯한 기초과학에 대한 연구를 강화하여 그것이 인민경제와 과학기술발전에 적극 이바지하도록 하여야 합니다.》 (김정일선집》 증보판 제15권 488페지)

최근 수십년간에 응축상태물리분야에서 위상학적절연체와 위상학적초전도체와 같은 전자계의 위상과 관련된 문제들은 그의 새로운 특성과 위상학적량자계산으로부터 반도체스핀공학에 이르기까지의 넓은 응용전망으로 하여 많은 리론가들과 실험가들의 흥미를 끌고있다.

1980년대에 량자홀효과의 위상학적측면에 대한 연구를 출발점으로 하여 자발대칭파괴의 틀거리내에서 분류할수 없는 물질의 새롭고 구별되는 상인 위상학적상이 발견되였다. 란다우형식론을 뛰여넘어 위상학적질서에 의해 특징지어지는 물질의 위상학적성질들은 구체적구조와 불순물의 존재에 무관하며 우리가 재료를 바꾸거나 구조적성질들을 달리하지 않는 한 그대로 보존된다.

외부적수단에 의하여 물질의 위상학적성질들을 조종하기 위한 노력들은 다양한 목적으로 이루어졌다. 실례로 주기적으로 구동된 계에서 위상학적상변환의 유발이다.

플로케위상학적절연체(FTI)는 외부의 주기적섭동에 의하여 구동된 계로서 플로케리론이 적용된다. 플로케위상학적절연체에서 실례로 림계현상과 선형응답, 광학현상과 여러 계들에서 플로케위상학적상에 대한 실험적관측과 리론적예측의 측면에서 많은 연구가 진행되였다. 그가운데서도 플로케공학은 플로케위상학적절연체를 연구하는 가장 주목되는 분야들중의 하나로서 이전에 불가능하다고 여겼던 물질의 상조종을 가능하게 해준다. 린드너 등은 위상학적상이 HgTe/CdTe이질구조에서 마이크로파주파수를 쪼여 얻을수 있다는것과 그것은 라선형변두리상태와 띠틈의 소멸, 첸수의 유한한 값으로 식별된다는것을 보여주었다. 이노우에 등은 원편극된 레이자빛을 쪼여줄 때 할데인모형에서 보통의 절연체로부터 첸절연체에로의 빛유도상변환을 연구하였다. 계는 절반 충만되였으며 매 6각형들을 관통하는 인공적인 자속은 시간반전대칭을 파괴하기 위해 존재한다. 그들은 위상학적상변환이 일어나는 레이자마당의 림계세기뿐만 아니라 이행파라메터와 시간반전대칭파괴상, 레이자세기에 관한 상도표들을 얻었다. 키타가와 등은 위상학적상에서 준에네르기스펙트르의 출현과 주기적으로 구동된 2차원벌집형살창의 강한결합모형에서 일반상으로부터 변두리상태의 출현을 예측하였다. 다음린접이행파라메터항들은 하밀토니안에서 무시하였다. 지어 벌집형살창에서 빛유도동력학적상변환을 지배하는 유효하밀토니안을 찾기 위하여 시간진화의 한주기를 세 단계로 나누는 거친 근사를 리용하였다. 여기서 매 단계는 서로 다른 이행항들로 표현한다. 이 모든 연구들은 계의 미시적세부에는 무관계한 위상학적견고성이 정적인 계뿐만이 아니라 외부의 주기적섭동을 받는 비평형계에서도 성립한다는것을 보여준다. 플로케형식론을 받아들여 계의 하밀토니안의 시간주기성은 준에네르기스펙트르와 대응하는 고유상태(플로케상태)들을 비평형조건에서도 얻을수 있게 되였다. 이로부터 레이자조종에 의한 보통의 절연체로부터 량자스핀홀계에로의 변환이 가능해졌으며 재료기능공학의 관점에서 특히 위상학적특성량들을 외부섭동에 의하여 우리가 원하는대로 변화시킬수 있으므로 위상학적물질들에 대한 연구가 보다 다양화되였다.

최근에 우리는 벌집형나노리본이 외부마당의 쪼임을 받을 때 나타나는 준립자에네르기스펙트르에서의 변화를 연구하였다. 우리는 위상학적으로 중요한 상이 주기적인 외부섭동 즉 우리의 경우에 원편극된 레이자마당에 의하여 유도될수 있다는것을 발견하였다. 위상학적상의 출현은 준립자에네르기스펙트르에서 두 교차하는 변두리상태와 띠틈의 소멸, 0으로부터 1에로의 첸수의 증가로 식별할수 있다.

우리가 보여준 모든 결과들은 비평형조건에서도 위상학적특성들의 존재의 안정성을 또다시 확인해준다. 우리의 연구결과들은 외부마당으로 위상학적성질들을 조종하는 위상학적재료공학과 같은 응용분야에 도움이 되리라고 본다.

연구결과들은 잡지《International Journal of Modern Physics B》(Vol. 35, No. 17 (2021) 2150180)에 《Induction of floquet topological phases in honeycomb nanoribbon irradiated by circularly polarized laser field》(https://doi.org/10.1142/S0217979221501800)의 제목으로 발표되였다.