고체물리학에서 포논은 오랫동안 결정 내 격자 진동을 기술하며 전자의 수송을 제한하거나 전자 간 상호작용을 매개하는 수동적인 준입자로 이해되어 왔습니다. 그러나 최근의 연구를 통해 포논 역시 전자와 마찬가지로 베리 위상과 Chern 수와 같은 위상학적 특성을 가질 수 있으며, 각운동량과 카이랄성과 같은 독립적인 자유도를 지닐 수 있음이 밝혀지고 있습니다. 이러한 발견은 포논을 단순한 열과 진동의 전달자가 아니라 물질의 양자상태와 에너지 수송을 능동적으로 제어할 수 있는 새로운 주체 로 바라보게 하고 있습니다.

특히 바일 포논과 카이랄 포논을 비롯한 위상 포논에 대한 연구가 빠르게 발전하면서, 포논의 생성과 관측을 넘어 그 특성을 원하는 방향으로 제어하고 활용하는 것이 중요한 연구 과제로 부상하고 있습니다. 또한 실제 물질 에서 나타나는 비조화성은 포논의 밴드 구조와 위상, 수 명 및 열수송 특성을 결정하는 핵심 요소입니다. 본 연 구센터는 이러한 정적·동적 비조화성을 핵심 제어 변수로 활용하여 포논의 위상과 카이랄성, 양자상태 및 수송 특성을 체계적으로 이해하고 제어하는 ‘양자 포노닉스’의 새로운 연구 체계​를 확립하고자 합니다.

이를 위해 본 연구센터는 물질의 설계·합성, 측정·분석, 응용·소자​를 아우르는 연구진이 유기적으로 협력하는 전 주기 연구체계를 구축하였습니다. AI와 제일원리 계산을 활용한 비조화 포논 예측과 Phonon Genome 구축에서 부터 새로운 포논 물질의 합성, 포논 밴드·위상·카이랄성 의 정밀 측정과 분석, 나아가 양자상태의 초고속 제어와 단방향·저손실 열수송 소자 구현까지 연결함으로써 포논에 대한 기초적인 이해를 실제 응용으로 확장하고자 합 니다.

본 연구센터는 이러한 융합적 연구를 통해 포논의 에너지·정보·양자상태를 피코초 시간 영역에서 능동적으로 제어하고, 기존 전자 기반 기술이 직면한 발열과 동작 속 도의 한계를 넘어서는 새로운 가능성을 제시하고자 합니 다. 나아가 세계적으로 태동하고 있는 양자 포노닉스 분 야의 학문적 기반을 확립하고, 차세대 양자·에너지·초고 속 소자로 이어질 수 있는 핵심 원천기술을 창출하는 연구 거점으로 성장해 나가겠습니다.

감사합니다.