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중시계란 고전역학을 이용하여 해석할 수 있는 현상과 함께 양자역학적인 현상이 나타나는 고전역학과 양자역학의 중간쯤 되는 세계로 최근에 진행 중인 연구로는
• 인간의 귀가 민감하게 소리를 감지하는 원리를 연구 이해하고 이를 전기역학계를 통해 제작하여 노이즈 속에서도 매우 작은 힘을 정밀하게 측정하는 센서 개발 (실험 및 이론)
• 단전자 트랜지스터와 결합된 나노전기역학계의 되먹임 작용을 이론적으로 기술하고 예측하는 작업과 전자간의 상호작용과 역학계의 되먹임 작용을 묘사하고 전산 모사.
• 구부러짐이 쉬운 나노전기역학계에서 휘어진 공간에 쓰이는 장이론을 이용하여 전기적 역학적 특성의 이론의 기초를 마련.
• 좁은 공간, 낮은 온도에서 나타나는 전자의 수송 특성을 설명하는 이론의 토대를 마련하는 것이다.
주요 공동연구 그룹으로는
Max Planck Institute for Physics of Complex Systems (독일)
Univ. of Magdeburg ( Prof. Jan Wiersig)
표준연구소(이재용 박사), 서울대 물리학과 (박윤 교수, 홍종배 교수 등)
Univ. of Santa Barbara ( Prof. Andrew Cleland, 미국)
등을 들 수 있고 한국학술진흥재단, 한국과학재단 등으로부터 연구비 지원을 받고 있다.
가. 이론 연구
(1) 전기역학계의 되먹임 현상 이론 : 미시세계인 양자 역학에서는 사람이 측정하는 행위가 측정하는 대상의 상태에 영향을 주게 된다. ‘Quantum back-action’이라 칭하는 이 현상을 이용하면 결맞는 힘을 되먹여 줌으로서 주변의 온도를 감소시키는 효과가 있다고 알려져 있다. 이 현상을 설명하는 이론을 개발할 것이다.
(2) 좁은 공간, 낮은 온도에서 나타나는 전자의 흐름 이론 : ‘0.7 anomaly’라고 잘 알려진 현상이 있다. 이는 아직 명쾌하게 해석이 되지 않은 것인데, 좁은 영역과 낮은 온도에서 전자의 이동이 약간 수월해 지는 경향이 있다. 이 현상을 정확한 해를 구하여 물리적인 분석을 하고 있으며, 전자가 1개 있을 때가 아닌 여러 개가 있을 때에 나타나는 전자간의 상호작용을 도입하여 분석한다.
(3) 구부러짐이 쉬운 나노전기역학계에서 휘어진 공간에 쓰이는 장이론을 이용하여 전기적 역학적 특성의 이론 : 현대 과학 기술의 발달로 양자역학을 이용한 새로운 물리현상에 대한 연구는 기존의 원자세계에 대한 연구에서 벗어나 나노세계와 같은 극 미세 역학계에도 이론적 연구와 실험적 검증을 가질 수 있는 기회가 되고 있다. 본 연구진은 저차원, 저에너지 상태의 극미세 역학계에 대한 휘어짐의 정보들을 일반상대성이론을 접목하여 모두 하나의 텐서에 담아 기술하는 이론을 개발한다.
본 연구에서는 휘어진 공간에서의 일반 상대론적 방법을 통해 기존의 NEMS 이론연구의 전자-역학계 상호작용을 기술하는 이론을 개발한다. 원통형이나 이차원 구와 같이 대칭적이고 간단한 계뿐만 아니라 일반적으로 휘어진 계 자체의 휘어진 정도와 구조를 기술하고 담는 텐서들을 도입하여 기술하여 기존의 이론전개에서 어려움이 있었던 계의 역학적 움직임을 간단하고 용이하게 전개한다.
나. 실험 연구
사람의 귀는 유모세포(hair-cell)가 가지고 있는 순응·되먹임 과정을 통하여 매우 민감한 상태를 유지한다. 본 연구진은 이 민감한 상태를 이용하는 전기역학센서를 고안 하였으며 이를 직접 광학계 실험을 통하여 제작하고 그 특성을 연구한다.
