2025.0306
[김영덕 교수님] 이차원 초전도체 연구 관련 논문, 양자 기술 국제학술지 Materials for Quantum Technology 게재
경희대학교 물리학과 김영덕 교수 연구팀이 이차원 초전도체인 NbSe2의 나노 스텝 접합에서의 자속 양자의 고정에 대한 연구결과를 2월 5일 양자 기술 국제 학술지 Materials for Quantum Technology에 게재하였다.
(https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2633-4356/adae49)
이번 연구를 통해 2차원 초전도체에서 불순물 없이 자속 양자를 효과적으로 제어할 수 있는 가능성을 확인한 만큼, 향후 고온 초전도체 기반 소자, 초전도 큐비트 등의 다양한 응용 분야에서 초전도 성능과 소자 품질 향상을 위한 기술로 활용될 수 있으며, 양자 정보 기술 발전에 기여할 것으로 기대된다고 연구팀은 밝혔다.
초전도체는 특정 온도 이하에서 전기 저항이 사라지는 특성을 가지지만, 2종 초전도체의 경우 외부 자기장에 의해 형성되는 자속 양자가 이동하며 전력 손실을 유발할 수 있다. 특히, 자속 양자에 민감한 초전도 큐비트의 경우에는 완화 시간(relaxation time)과 결맞음 시간(coherence time) 모두 자속 양자의 움직임에 의해 악영향을 받을 수 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 기존에는 결함이나 불순물을 활용하여 자속 양자를 고정하였으나, 이는 초전도체의 결정 구조를 손상시킬 위험이 있었다.
이 연구에서는 초전도 소자에 나노미터 두께의 계단 구조를 도입하여, 해당 접합면에 의해 자속 양자가 고정될 수 있도록 설계하였다. 제작된 소자는 극저온 고자기장 시스템을 활용하여 임계 온도(Tc) 6.6 K, 상온 대비 저항비 17, 상부 임계 자기장(Hc2) 4.5 T 등의 높은 성능을 나타냈으며, Dew-Hughes 모델을 활용한 분석을 통해 나노 스텝 접합이 주요한 자속 양자의 고정 메커니즘으로 작용함을 정량적으로 확인했다.
이번 연구는 김영덕 교수가 교신저자로 참여했으며, 권민성 박사과정 학생과 이희연 박사과정 학생이 공동저자로 참여하였다.