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Observation of quantum effects in charge nonequilibrium states with polarization analysis
Choi, Younggwan Sungkyunkwan University 2023 국내박사
This dissertation demonstrates experimental results of charge-nonequilibrium states in various quantum materials using the laser microscopy technique. Optical excitations and electrical bias realize the nonequilibrium states in this dissertation. The excitation states are measured by optical methods, e.g. magneto-optical Kerr effect (MOKE), electro-optic effect, terahertz pulse, thermoreflectance, and so on. Magnetism, topological effect, pseudo-hydrodynamic phenomena, and heat transport effects are investigated as target phenomena. For magnetic systems, I utilize the electrical/optical excitation method to perturb the magnetic states and successfully observed the spin/orbital Hall effect and related phenomena. For the topologically non-trivial system, the current-induce nonlinear Kerr rotation effect and Dirac surface states are also observed in a Weyl semimetal and a topological insulator, respectively. I also conduct charge distribution mapping experiment and I study a pseudo-hydrodynamic behavior in a semimetal. In aspect of heat transports, nanoscale heat transfer effect through atomically thin film is investigated. I also suggest a methodology of optical heat mapping with millikelvin resolution. I hope that my research results can offer useful optical methodologies and valuable information to the field of condensed matter physics. 이 논문은 레이저 분광 기술을 사용하여, 다양한 양자 물질에서의 전하-비평형 상태에 대한 실험 결과를 보여준다. 이 논문에서는 광-여기 및 전기 바이어스를 이용해 비평형 상태를 만들고, 여기된 상태는 레이저 분광 방법으로 측정된다. 이 논문에서 쓰인 광학적 방법은 자기 광학 커 효과(MOKE), 전기 광학 효과, 테라헤르츠 펄스, 열반사율 등이 있다. 자기, 위상 효과, 유사 유체 역학 현상 및 열 전달 효과를 대상 현상으로 조사합니다. 자기 시스템의 경우 전기/광학 방법을 사용하여 자기 상태를 들뜬 상태로 만들었으며, 스핀/궤도 홀 효과 및 관련 현상을 성공적으로 관찰했다. 위상 물질의 경우 전류에 의해 유도된 비선형 커 효과와 디락 표면 상태를 측정하였다. 또한 전하 분포 매핑 실험을 수행하고 반금속의 유사-유체 역학 거동을 연구하였다. 열전달 측면에서는 원자층 박막을 통한 나노미터 수준에서의 열전달 효과를 연구했다. 또한 밀리켈빈 분해능의 광학 열 매핑 방법을 제안하였다. 이 연구 결과가 응집물질물리학 분야에 유용한 광학적 방법론과 귀중한 정보를 제공할 것이라 생각한다.