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초전도 현상은 임계 온도 아래에서 물질의 전기저항이 사라지고 완전반자성 상태가 되는 대표적인 양자 현상 입니다. 현재 초전도 현상을 완벽하게 설명할 수 있는 이론은 없지만, 초전도 선재, 자석, 자기부상, 양자 컴퓨터 등 다양한 응용 잠재력을 가지고 있는 물리 현상입니다. 양자물질 극한물성 연구실에서는 초전도 현상을 이해하기 위해 저온, 고압, 고자기장 환경에서 물질의 전기 및 자기 물성을 측정합니다. 고전적인 초전도 이론으로 설명할 수 있는 정상(conventional) 초전도체부터 이와 다른 특징을 보이는 비정상 (unconventional) 초전도체를 모두 연구하고 있습니다.

위상 수학의 개념이 물질을 이해할 수 있는 새로운 해법으로 제시되며 위상 물질에 관한 연구는 활발하게 이루어지고 있습니다. 대표적으로 위상 절연체(topological insulator)는 내부는 절연체이지만 표면은 도체인 특성을 보이는 새로운 형태의 밴드구조를 갖는 물질입니다. 최근에는 밴드 위상뿐만 아니라 독특한 자기 구조에 의해서 발현되는 위상 상태가 제시되고 있습니다. 양자물질 극한물성 연구실에서는 강상관전자계(strongly correlated electron system) 물질에서 나타나는 밴드 위상 또는 위상 자기 상태를 다양한 양자물성 측정법을 통해 연구하고 있습니다.

고체 물리학 분야에서의 대표적인 난제는 양자임계현상 (quantum criticality)에 대한 이해입니다. 상전이 온도가 절대영도로 수렴한 양자임계점에서는 열적 요동이 더 이상 존재하지 않아 양자임계요동이 물리 현상을 지배하게 되고 이때 고전적인 물리 이론으로 기술할 수 없는 양자임계현상이 나타납니다. 양자임계현상은 양자 효과가 가장 극대화된 상태로, 양자 얽힘과 중첩 등의 양자 현상을 이용하는 양자 소자 응용을 위해서 반드시 이해가 필요합니다. 양자물질 극한물성 연구실에서는 양자임계현상을 이해하기 위해 절대영도에 가까운 극저온 상태와 양자임계점에 도달할 수 있는 고압력 환경을 통해 양자임계현상의 본질을 연구하고 있습니다.