나노기술 및 정책 정보

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물질·재료연구기구(NIMS) 국제나노아키텍토닉스연구거점 표면양자상물질그룹, 첨단재료분석 연구거점 나노프로브그룹, 도쿄(東京)대학 물성연구소, 오사카(大阪)대학 대학원 공학연구과 등의 공동 연구그룹이 자장에 의해 쉽게 파괴되는 초전도가 원자 수준의 두께로는 높은 자기장에서도 파괴되지 않는 현상을 발견하고, 그 메커니즘을 규명함. 연구진은 대표적인 초전도체인 인듐을 원자 수준의 두께까지 얇게 한 초박막 결정을 이용함으로써, 강한 자장에서도 초전도가 파괴되지 않는 새로운 메커니즘을 발견함.

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일반적으로 자장을 걸면 스핀과의 상호 작용에 의해 전자의 에너지가 변화되기 때문에 초전도가 깨지는데, 원자층의 2차원 결정에서는 스핀 방향이 전자의 운동 방향과

​직결되어 스핀 회전의 ‘왜곡’이 부여됨. 때문에 스핀의 방향이 수시로 변화하여 자장에 의한 에너지 변화가 취소되어 초전도가 손상되지 않음. 따라서 초전도가 손상되는 임계 자장은 기존 이론값의 3배 정도(16~20T)까지 증강되는 것을 확인함. 인듐 자체는 매우 흔한 초전도체로, 이 메커니즘은 특수한 결정 구조 및 전자 간의 강한 상호 작용 등을 필요로 하지 않기 때문에 범용성이 높은 일반적인 원리라고 할 수 있음.

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향후 본 연구 성과를 응용하여 보다 자장에 강한 초전도 초박막이 개발될 것으로 전망되며, 초전도–자성체 하이브리드 장치를 제작하고, 차세대 양자 컴퓨터의 실현에 빠질 수 없는 토폴로지컬 초전도체의 개발로 이어질 것으로 기대됨.

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본 연구 성과는 Nature Communications(Atomic-layer Rashba-type superconductor protected by dynamic spin-momentum locking)에 게재됨.