포스텍 연구팀이 그동안 이론으로만 존재했던 초단간극 탄도성 조셉슨 접합을 구현했다.
이후종 포스텍 물리학과 교수와 이길후 박사, 지승훈 교수, 김솔 박사과정 공동연구팀은 그래핀을 두 초전도 전극 사이에 샌드위치처럼 끼워 넣은 수직형태의 초단간극 탄도성 조셉슨접합을 세계 최초로 실현했다고 2일 밝혔다.
조셉슨접합은 초전도체 막 사이에 얇은 금속물을 끼워 넣으면 초전도체끼리 서로 닿지 않아도 열이 생기지 않고 전류가 흐르는 현상을 말한다. 초전도체는 열이 생기지 않고도 전류가 흐르는 특성을 갖고 있어 전기전자분야에서 광범위하게 응용되는 물질이다.
조셉슨접합은 양자 간섭현상이 일어나 미래형 첨단컴퓨터로 불리는 양자컴퓨터, 양자간섭을 이용한 양자간섭소자, 초고주파발진소자 등의 연구에 폭넓게 활용되고 있다.
이 접합에서 가운데에 들어가는 금속이 아주 얇아지면 양자결맞음이 강한 초단간극 탄도성 조셉슨 접합이 생길 수 있다는 것은 이론적으로만 예측돼 왔다. 하지만 수십년간 다양한 연구에도 불구하고 초단간극 탄도성 조셉슨접합이 실제로 만들어지지 않았던 것은 초전도체 사이에 들어갈 고순도 금속층을 원자단위로 얇게 만드는 것이 어려웠기 때문이다.
연구팀은 ‘꿈의 소재’로 불리는 그래핀을 그 해결방안으로 주목해 연구를 진행해왔다. 탄소원자인 그래핀은 원자 하나의 두께를 갖고 있어 현존하는 가장 얇은 도체로 알려져 있다.
연구팀이 그래핀을 초전도체 전극 사이에 끼워 넣은 결과 초단간극 탄도성 조셉슨접합으로 볼 수 있는 전류 한계치는 물론 예상됐던 양자특성이 나타난다는 것을 확인했다.
이후종 교수는 “이번 연구성과는 앞으로 원자단위의 소자구조 제어와 다양한 그래핀-초전도 양자소자 개발에 폭넓게 활용될 것”으로 기대했다.
한국연구재단 선도연구센터지원사업과 글로벌프론티어연구개발사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 최근 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)지 최신호에 발표됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
