나노 물리 실험 분야에서는 미시계 영역에서만 관측되는 새로운 물리적 성질을 이해하고 이를 이용한 응용 가능성을 연구하고 있다. 일반적으로 거시계에서는 관측되지 않는 물리적인 현상은 미시계의 표면효과 혹은 양자효과가 있는데 이러한 물리적인 현상을 연구하는 분야를 나노 물리라 하고 21세기의 패러다임을 주도하는 학문 분야로 각광 받고 있다. 부산대학교 나노 연구팀에서는 이중에서도 특히 나노 반도체, 나노 결정, 나노 유체, 탄소 나노 튜브 및 양자점 등에서 일어나는 물리적인 현상을 이해하고 이를 통한 차세대 소재 및 소자 개발에 관한 연구를 하고 있다.

나노계에서 한정된 크기와 표면 효과에 의해 나타나는 독특하고 다양한 물리적 특성을 연구한다. 특히 나노결정내의 포논 특성 연구, 나노구조에서 열흐름에 대한 경계면 효과 및 나노유체의 열적 특성에 대한 연구가 이루어지고 있다.

나노결정의 포논 특성에 관한 연구 : 일반적인 계에서는 포논의 상태밀도는 연속적이나 나노계에서는 한정된 크기로 인하여 포논의 상태밀도가 불연속적이며 주어진 계에서 가능한 최소 포논 진동수 (임계 진동수)가 존재하게 된다. 이러한 특성은 전자-포논 상호작용에 의한 전자의 에너지 천이에 영향을 미치게 된다. 희토류 물질을 첨가한 나노박막 및 입자를 제작하여 한 개 포논을 방출하는 전자 에너지 완화를 연구한다. 본 연구는 나노구조를 이용한 새로운 레이저 물질 개발에 중요한 물리 현상을 이해하는 분야이다.
경계면 효과 : 경계면의 효과는 나노구조에서 더욱 중요시 된다. 열전도도는 결정 크기와 포논 평균자유거리의 관계와 경계면 열저항의 영향을 받는다. 고유 포논 자유거리보다 작은 나노결정의 박막 제작 및 열전도도 연구를 통하여 한정된 결정 크기가 열전도도에 미치는 영향을 연구한다. 또한 물질에 따른 결정 경계면 열저항 연구를 통하여 나노구조를 이용하여 열흐름을 효과적으로 차단하는 방향을 제시한다.
나노유체의 열적 특성 : 일반적으로 유체는 고체보다 훨씬 낮은 열전도도를 나타낸다. 이와 같은 유체의 특성은 열전달유체의 효율성과 직접적으로 관계된다. 고체의 나노입자를 유체에 분산시킨 나노유체는 유체자체의 열전도성을 증가시키는 새로운 시도이다. 본 연구실은 세계적으로 초기 단계의 연구인 나노유체의 열적 특성을 연구한다. 열전도도는 비정상 열선법을 이용하고 나노유체의 안정된 분산에 대한 연구를 함께 수행한다. 지금까지 열전달유체의 효율성을 높이기 위하여 열 발생체와 유체의 접촉면적을 증가시키는 연구가 계속되어 왔다. 본 연구는 유체 자체의 열전도성을 증가시키는 새로운 연구 방향을 제시하게 되며, 높은 효율성의 열전달 유체의 중요성은 장치의 초소형화로 가는 현 추세로 비추어 알 수 있다.

전이금속 산화물, 탄소나노튜브, OLED, 및 유기 태양 전지에 관한 다양한 기초 및 응용적인 연구를 수행하고 있다. 전이금속 산화물은 초전도체, 강유전체, 강자성체 및 거대자기저항체등의 다양하고 재미있는 물리적인 현상을 보이는 물질을 포함한다. 새로운 물리적인 현상을 보이는 전이금속 산화물의 벌크와 박막을 합성하고, 이들의 전기, 자기 및 광학적인 특성을 분석하는데 주력하고 있다. 신소재의 합성과 물리적인 이해를 위한 나노스케일에서의 실험측면 (STM, AFM, micro Raman 등등) 에서의 다양한 교육과 연구가 진행되고 있다.

탄소나노튜브는 21세기 꿈의 나노소재로 불리우는 탄소로만 이루어진 수 nm 정도의 직경을 가진 첨단소재이다. 이러한 탄소나노튜브는 차세대 표시소자 (FED 소자), 차세대 에너지 저장소자, 첨단 고강도 고기능성 소재로서 전세계의 활발한 연구가 수행 중에 있다. 탄소나노튜브에서의 획기적인 연구결과 (김복기 교수 2003년 Nature 지 발표) 를 바탕으로 인류의 차세대 꿈의 에너지 소재로서의 가능성을 현실화하는데 앞장서는 연구 및 교육을 수행하고자 한다. 유기화합물은 물리학과에는 생소한 내용이지만 현재 OLED (유기 EL) 표시소자 및 차세대 태양전지 소재로 활발한 연구가 전세계적으로 수행중에 있다. OLED (유기 EL) 표시소자는 현재 핸드폰 및 자동차용 표시소자로만 사용되고 있지만 그 특성인 가볍움, 밝음, 저전력의 장점으로 인하여 향후 몇 년 안에 LCD 및 CRT를 대체할 것으로 많은 전문기관들이 예측하고 있다. 이러한 OLED 에 관한 다양한 응용연구가 활발히 진행중이며, 특히 본 연구실에서는 나노 물리학적인 관점에서 첨단 연구를 수행하고 있다. 이러한 OLED 및 차세대 유기물 태양전지는 꿈이라 불리워지는 플렉시블 디스플레이 (flexible display) 를 앞당기는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 생각되어 진다. 본 나노정보소재 연구실은 한마디로 차세대 정보소재 (메모리, 반도체, 디스플레이 소재, 에너지 소재)에 관한 나노물리적인 연구를 활발히 수행하고 있다.
한편 나노정보소재 연구실은 정보통신부가 지정한 대학 ITRC (IT Research Center)로 2003년 선정이 되었으며, 2004년에는 산자부의 RIS (지역혁신특성화 시범사업)의 참여 실험실로 선정되었다. 그리고 위와 같은 연구를 하기 위해 필요한 인적 인프라 (국제 및 국내 공동연구), 장비 인프라 (첨단 장비)를 확보하고 있으며 월드클래스 첨단 연구를 참여학생들과 수행하고 있다.

반도체 소자를 이용하여 전자의 양자역학적 특성을 연구한다. 이러한 실험의 역사적인 배경은 다음과 같다. 1980년대 초반 이후 고순도 반도체 제조 기술이 급격히 발전함에 따라 전류의 운반체인 전자가 불순물에 영향을 받지 않고 이동할 수 있는 거리가 수십 마이크로 미터에 이르게 되었다. 따라서 전자의 전도현상을 입자의 통계적인 움직임으로 보는 고전적인 관점으로부터 탈피하여 양자역학적인 파동으로 취급할 수 있게 되었고, 이러한 발전은 반도체 소자를 이용하여 양자 역학적인 현상을 보다 깊이 연구할 수 있는 계기를 제공하였다.

본 연구실에서는 이러한 반도체 소자를 직접 제작하여 전자의 양자역학적인 전도 현상을 관측하고 있다. 특히 단일 전자의 터널링 현상을 이용한 양자점(quantum dot), 이러한 양자점을 병렬로 결합시킨 이중양자점 등에서의 전도 현상을 연구 한다. 특히 이중 양자점은 양자컴퓨팅의 기본이 되는 양자비트(quantum bit)로 알려져 있는데, 여기서 형성되는 양자상태를 관측하고 이를 이용하여 양자 상태의 조작방법과 양자 논리회로의 구현 등 양자컴퓨팅에 바탕이 되는 기초적인 연구를 한다.
1차원 전자계에서의 전도 현상은 기하학적인 특이성으로 인하여 2차원 혹은 3차원 전자계와는 다른 전도 특성을 가지는데, 이때 전도에 기여하는 가상입자는 anyon이라 불리우며 통계적인 성질이 보존과 페르미온의 중간적인 형태를 가지는 것으로 알려져 있다. 이러한 사실은 실험적으로 관측된 바 없으며, 본 연구실에서는 이러한 가상입자들의 존재 여부를 실험적으로 관측하고자 한다. 이러한 실험들은 다양한 양자 역학적 구조를 반도체 소자를 통해 비교적 쉽게 인공적으로 제작, 변형할 수 있음으로 인하여 가능한데, 이러한 장점을 이용하여 본 연구실에서는 전자의 다양 한 양자상태 및 상호작용에 관한 연구를 하고자 한다.