초전도 물질은 온도를 극저온으로 내리면 전기저항이 사라져 열이 나지 않으면서 전류가 흐르는 초전류 특성을 보여, 전기∙전자 분야에서 광범위하게 응용되고 있다. 이런 초전도 물질 사이에 얇은 전도체를 끼워 넣으면 서로 떨어져 있는 초전도 물질 사이에도 전기저항이 없는 초전류가 흐르게 된다. 이러한 접합구조는 전도체에 초전도 물질을 진공에서 증발시켜 쌓는 복잡한 과정을 통해서만 제조가 가능하였는데, POSTECH(포항공대, 총장 김도연) 연구팀이 그래핀 전도막에 니오비움다이셀레나이드(NbSe2)라는 층상구조를 지닌 초전도물질을 미세 스케일에서 옮겨 붙이는 전사 방식을 이용해 강한 결맞음 특성을 가지는 초전도접합을 구현해 냈다.

POSTECH 물리학과 이후종∙이길호 교수 연구실의 김민수 박사(현 맨체스터대학 박사연구원)와 박건형, 이종윤, 박진호, 이현우 (이상 박사과정), 이재형 박사 연구팀은 그래핀과 초전도물질을 차례로 옮겨 붙이는 비교적 간편한 방식으로 그래핀을 두 초전도 전극 사이에 샌드위치처럼 끼워 넣은 수직형태의 초전도접합을 최초로 실현하였다. 탄소원자로 이루어진 그래핀은 원자 하나의 두께를 가진 가장 얇은 전도물질로서, 이렇게 제작된 초전도접합은 초전도 전극간에 그간 보고된 적이 없는 강한 연계성과 양자간섭 특성을 보여 미래형 첨단 컴퓨터로 불리는 양자컴퓨터나 양자간섭소자 등에 폭넓게 활용될 수 있다.

연구를 주도한 포스텍 이후종 교수는 “이번 연구성과는 앞으로 그래핀-초전도 양자소자 개발은 물론 그래핀을 기반으로 한 다양한 전사 물질 접합 응용에 실질적인 활로를 열 것으로 기대된다”고 밝혔다. 이 연구는 미국화학회 국제학술지 나노레터스(Nano Letters) 최신호를 통해 발표되었다.

이번 연구는 한국연구재단 선도연구센터지원사업의 지원을 받아 수행되었다.

이수연 기자  bodo@emoneynews.co.kr

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