2004년 그래핀의 발견 이 후, 반델발스 물질로 대표되는 2차원 물질 연구는 응집물질 물리학 연구의 중심이 되었다. 이는 2차원 물질이 3차원과는 다른 물성을 보여줄 수 있을 뿐 아니라, 적층 등을 통하여 다양한 물성을 구현이 가능하기 때문이다. 예를 들어 뒤틀린 이중 층 그래핀(twisted bilayer graphene)에서는 그래핀에서 볼 수 없는 Mott 부도체 및 초전도 상태가 구현 되었다.

이와 같은 2차원계는 주로 반델발스 물질의 박리를 이용하여 구현되지만, 좀 더 전통적인 방법은 박막을 성장하는 것이다. 전자구조 연구실은 2016년 이 후 수년간에 걸쳐, 각도분해 광전자분광 클러스터 시스템을 구축하고, in situ 성장된 박막(특히 수 원자층 이내)에 대한 전자구조 연구를 수행하여 왔다.

본 발표에서는 전자구조 연구실에서 수행되고 있는 다양한 물질의 수 원자층 이내 박막에 대한 전자구조 연구 결과 및 향 후 연구 방향을 소개하려고 한다. 특히, 3가지 주제에 대하여 발표하고자 하는데, 먼저 단원자층 SrRuO₃ 박막의 경우페르미 준위에서의 density of states가 매우 작은 correlated metal 상태가 됨을 관측하였다.[1] 더 나아가, 이들을 strain을 이용하여 좋은 메탈 혹은 Mott 부도체의 상태로 조절이 가능함을 보였다.[2,3] 두번째로는, 고온 초전도체인 (La,Sr)₂CuO₄의 half monolayer 를 성장하여 단일 CuO₂ plane을 가지는 박막성장 및 이에 대한 밴드구조 측정을 하였으며[4], gap측정을 통하여 단일 CuO₂ plane이 초전도성을 가지고 있음을 확인 하였다[5]. 마지막으로, 최근 hot issue가 되고 있는 Altermagnet 물질인 MnTe에서 Kramer’s degeneracy breaking이 보임을 실험적으로 관측 하였다.[6]

[1] Sohn et al., Nature Communications (2021)

[2] J.R. Kim, Advanced Materials (2023)

[3] E. Ko., Nature Communications (2023)

[4] Y.D. Kim, Nano Letters (2023)

[5] Y.D. Kim, in preparation

[6] S. Y. Lee, PRL under review