[김태윤 박사, 박철환 교수] 2차원 자성 물질의 자기 이방성과 상전이 현상 연구
우리 학부를 졸업하고 IBS 연수 연구원으로 있는 김태윤 박사(제1저자이자 교신저자)와 박철환 교수(교신저자)는 2차원 자성 물질 중에 – 우리 학부의 박제근 교수 그룹에 의해서 – 최초로 보고된 물질인 전이금속 삼황화린의 자기 이방성과 상전이 현상을 포괄적으로 연구한 결과를 발표하였다. 김태윤 박사와 박철환 교수가 참여한 과거의 실험-이론 협동 연구에서 [K. Kim et al., Nature Commun. 10, 345 (2019)] NiPS3가 두 장 이상의 두께에서는 유한한 온도에서 자기 상전이를 보이지만 한 장이 되면 XXZ 계의 특성을 보이며 유한한 온도에서의 자기 상전이를 보이지 않는다고 발표하였는데, 이번 연구에서는 이를 뒤집는 주장과 근거를 제시하였다. 2019년 Nature Communications 논문은 지난 2년 10개월동안 135번 인용될 정도로 영향력이 큰 논문이다. 이번 연구에서는 한 장짜리 NiPS3도 자기 상전이를 보임을 계산을 통하여 보이고, 이는 기존의 라만 실험에서 관측한 강력한 두-마그논 연속체를 잘 설명하며, 또한 기존의 연구에서 자기 상전이의 근거로 사용한 “특정 라만 신호가 에너지 위치 상에서 둘로 갈라지는 현상”이 자성이 있는 한 장짜리 물질에서만 (특이하게도) 나타하지 않음을 보임으로써 상호 충돌이 있는 것처럼 보이던 과거 실험 결과에 대한 해석을 제시하였다. 이 외에도 MnPS3, FePS3와 NiPS3 물질에서 기존의 많은 이론 연구들이 설명하지 못했던 실험 현상에 대한 명확한 이해를 제공하였는데 이는 기존의 제일원리 계산에 기반을 둔 자기 모델보다 훨씬 많은 인자를 갖는 정교한 모델을 구축할 수 있어서 가능했다. 이번 연구를 하면서 개발한 방법론은 다른 많은 자성 물질의 연구에 이용될 수 있다.
Tae Yun Kim and Cheol-Hwan Park, “Magnetic Anisotropy and Magnetic Ordering of TransitionMetal Phosphorus Trisulfides,”
Nano Letters, published online (24-NOV-2021), doi: 10.1021/acs.nanolett.1c03992.
Nano Letters, published online (24-NOV-2021), doi: 10.1021/acs.nanolett.1c03992.