양자 물질의 여기(excitation)를 이해하는 것은 미시적 구성 요소들의 상호작용을 밝히는 데 필수적입니다. 특히 전자-정공 여기는 스크리닝, 소산, 전하 수송과 같은 근본적인 과정들을 제어하므로 중요합니다. 금속에서 전자-정공 여기의 연속체는 린하드 함수로 기술되지만, 페르미 액체 이론의 핵심 개념임에도 불구하고 실험적으로는 관측하기 어려웠습니다.
본 연구에서는 초연성 공명 비탄성 X선 산란(RIXS)을 활용하여 약하게 상호작용하는 금속 MgB2에서 린하드 연속체를 직접 관측했습니다. 페르미 속도에 필적하는 속도로 선형 분산하는 여기를 확인했으며, 비상호작용 전하 감수율 시뮬레이션 결과와 정량적으로 일치함을 보였습니다.
시뮬레이션의 상세 분석 및 분해를 통해 이 저에너지 여기의 밴드 내 기원을 규명하고, 이를 린하드 연속체로 확증했습니다. 이러한 결과는 초연성 공명 비탄성 X선 산란이 금속의 페르미올로지를 운동량 분해능으로 탐색하는 강력한 도구임을 입증합니다.
본 연구는 2차원 텐서 네트워크 상태에서 대칭 강화 위상 질서를 탐구한다. 이를 위해 대칭에 의해 유도된 도메인 벽을 등급 행렬 곱 연산자 대수(graded matrix product operator algebras)를 사용하여 표현하는 방법을 도입하고, 등급 유니타리 퓨전 범주(graded unitary fusion categories) 이론과의 밀접한 연관성을 규명한다.
모든 도메인 벽에 대해 위상 결함 초선택 섹터(topological defect superselection sectors)의 텐서 네트워크 표현을 구성하였다. 이 표현들을 통해 내재된 대칭 강화 위상 질서와 기저 애니온(anyons)에 대한 대칭 작용을 추출하였다.
또한, 전역 대칭 게이징(gauging)에 의해 유도되는 이중 상전이와 보손 부분 이론의 응축 현상을 분석하였다. 상전이 전후의 위상 질서 간의 관계를 도출하고, 여러 구체적인 예시를 통해 이론적 분석을 명확히 하였다.
이 연구는 텐서 네트워크를 이용한 대칭 강화 위상 질서 이해를 심화하고, 위상 양자 컴퓨팅 및 양자 물질 연구에 중요한 이론적 기반을 제공할 것으로 기대된다.
빛으로 유도된 물질은 평형 상태와 다른 전자적 특성을 생성하며, 이는 독특한 양자 및 위상 현상을 나타내는 밴드 구조를 형성할 수 있다. 그러나 빛으로 유도된 밴드 구조 내에서 전하를 광학적으로 제어하는 것은 지금까지 난제로 남아있었다.
이 연구에서는 빛으로 유도된 그래핀에서 전자를 광학적으로 제어하는 방법을 제시한다. 1,550 nm 파장의 원형 편광 펨토초 레이저 펄스를 단일층 그래핀에 집속하여 플로케 위상 절연체를 생성했다. 위상 고정된 2차 고조파 필드를 활용하여 이 상태의 전자를 동적으로 제어하는 '고조파 플로케 분광학' 기술을 개발했다.
연구 결과, 광전류 원형 이색성, 전광학적 이상 홀 효과, 그리고 밸리 편극 전류를 관측했다. 특히 광전류는 서브사이클 위상에 강한 민감도를 보여주었다.
이러한 발견은 위상 전자공학, 분광학, 그리고 양자 물질의 아토초 물리학 분야에서 초고속 제어 가능성을 시사하며, 새로운 광학 제어 기술의 길을 열 것으로 기대된다.
