[Nature Communications지(2013년 9월23일) 게재] 이길호(최재현박사)/이후종 교수 그래핀 기반 초전도소…

이길호(최재현박사)/이후종 교수 그래핀 기반 초전도소자에서 완벽한 초전류 스윗칭 실현

          [이후종 교수]                         [ 이길호 박사과정수료]

그래핀을 기반으로 한 초전도접합에서는 전하밀도가 영이 되는 디락점에서도 초전류가 완벽하게 차단되지 않음으로써, 초전류의 스윗칭이 불완전함이 알려져 있으며, 이는 그래핀을 초전도양자정보소자에 응용하려는 노력에 커다란 걸림돌이 되어 왔다. 양자전도-초전도연구실 (이후종교수)의 이길호는 단원자층 그래핀의 양단에 초전도 전극을 부착하여 제작한 조셉슨접합의 그래핀 부위 상단에 부분적으로 top gate를 위치시킨 초전도 그래핀접합소자에  게이트전위만으로 그래핀에 p-n 극성을 형성하였을 때, 접합초전류가 완전히 차단되는 초전류스위칭을 최초로 실현하여，그　결과를　Nature Communications (2013년 9월 23 일)에 게재 하였다.　본 연구는 최재현박사, 정동찬박사 (이상 포스텍, 현 삼성전자), 도용주교수 (포스텍, 현 고려대 세종캠퍼스), 박성훈박사, 심흥선교수 (이상 카이스트), 이정오 박사 (한국화학연)와의 공동연구로 이루어졌다.

본 논문은 그래핀조셉슨접합이 p-n형 극성 상태에서 보이는 완벽한 접합초전류 차단 상태는 저차원 상태의 그래핀이 태생적으로 가지고 있는 ripples이 무작위적으로 만들어내는 유사자기장에 의해 초전류의 위상어긋남이 유기되기 때문임을 밝혔다. 또한, 극성 그래핀조셉슨접합에서 포텐샬 우물에 갇힌 가상적인 위상입자는 통상적인 온도의 조절이 아닌 게이트전위의 조절만으로 포텐샬 우물에서 탈출하여 조셉슨전도 상태에서 상전도 상태로 전이할 수 있음을 보임으로써, 그래핀조셉슨접합을 양자정보소자에 응용하는 데 있어 종전의 조셉슨소자들과 대비되는 차별화된 유용한 방편을 제공하게 된다. 이와 같이 p-n형 그래핀초전도접합에 대해 전기적 게이팅을 통해 얻을 수 있는 초전류의 완전 스윗칭 기능과 양자초전도상태의 접근성은 그래핀을 이용한 초전도 양자정보소자 개발/연구에 새로운 이정표가 될 것으로 기대되고 있다.