In this dissertation, we theoretically analyzed $d$-orbital structures in 2-dimensional transition metal dichalcogenides(TMD). We discover that the orbital structures are determined by the symmetries of the atomic structure. On trigonal prismatic H-TMDs, $C_3$ rotational symmetry induces $sp^2$-like hybrid $d$-orbitals. Due to orbital ordering in the material, these hybrid orbitals form a breathing Kagome lattice. It becomes a topological insulator, an obstructed atomic limit insulator, due to strong inter-site hybridization. These inter-site bonding give 0-dimensional electronic structures, that are analogous to that of molecular orbitals in benzene, and becomes a pathological example for a DFT$+U$ method, which corrects the local correlation effect. On octahedral T-TMDs, $t_{2g}$ orbitals from the crystal field form 1D chains. This chain model can reveal the T to T$'$ transition mechanism for MoS$_2$. We expect that these findings could provide a new methodology to understand fundamental $d$-orbital structures in 2 dimensional beyond TMDs.
이 학위논문에서는 2차원 전이 금속 디칼코게나이드(TMD)의 $d$-오비탈 구조에 대한 이론적 분석을 진행하였다. TMD에서는 원자 구조의 대칭성에 따라 다른 오비탈 구조를 보여주었다. 삼각기둥 형태의 H-TMD에서는 $C_3$ 대칭성에 의해 $sp^2$-오비탈과 같은 혼성 $d$-오비탈을 정의할 수 있었다. 혼성 오비탈은 물질 내에서 오비탈 정렬로 breathing Kagome 격자 구조를 이루고 있었으며, 이웃한 원자 사이의 강한 결합에 의해 위상 부도체, 그중 가로막힌 원자 부도체로 판명되었다. 이러한 이웃한 원자 사이의 결합은 벤젠과 같은 0차원 분자 오비탈의 전자구조를 보여주었으며, 이로 인해 국소화된 $d$-오비탈에서 전자 상관을 보정하는 DFT$+U$와 같은 방법론에서의 병리적 거동도 확인할 수 있었다. 팔면체 구조를 가진 T-TMD에서는 결정장에 의해 나눠진 $t_{2g}$-오비탈들의 1차원 구조를 확인하였다. 이로 인해서 T-MoS$_2$에서 T$'$-MoS$_2$로의 구조 변화를 설명할 수 있었다. 이러한 발견들은 TMD를 넘어 2차원 $d$-오비탈 물질의 근본적 전자구조를 이해하는 새로운 방법론이 될 것이라 예상된다.
