나노기술 및 정책 정보

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영국의 멘체스터 대학교(University of Manchester)가 이끄는 국제 연구팀이 최근 몇 년간 물리학의 핵심 연구 분야인 꼬인 이중층 그래핀으로 알려진 복잡한 인공구조에서 원래 발견된 "마법의 각도" 효과를 반영하는 나노 물질을 공개함. 새로운 연구는 능면체 흑연의 특수한 토폴로지가 내부의 "꼬임"을 효과적으로 제공하므로 혁신적인 변화를 이끌 수 있는 초전도 연구를 하는 대체 매체가 될 수 있음을 보여줌. 이 연구의 공동 저자인 그래핀 선구자인 안드레 가임 경은 "마법의 각도 그래핀에 대한 매우 인기 있는 연구에 대한 흥미로운 대안"이라고 밝힘. 연구팀은 Rhombohedral graphite는 무거운 fermion 화합물 및 고온 초전도체와 같이 강력한 전자 상관 관계가 중요한 물질을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 기대함.

2 차원 재료에서 수행된 이전 단계의 연구는 그래핀 한 장 위에 다른 그래핀 한 장을 겹쳐서 '마법의 각도'로 비틀어 이중층의 특성이 초전도체로 바뀌는 흥미로운 거동에 대한 것이었음. 연구팀은 이제 약하게 안정된 능 면체 형태의 흑연에서 강한 전자-전자 상호 작용의 출현을 관찰했음. 그래핀 층은 안정된 육각형 형태와 약간 다르게 쌓이는 형태임. 꼬인 이중층 그래핀의 상호 작용은 꼬임 각도에 매우 민감함. 정확한 마법 각도에서 약 0.1 도의 작은 편차로도 상호 작용을 강력하게 억제함. 필요한 정확도로 장치를 만드는 것은 매우 어렵고, 특히 관련된 흥미로운 물리학을 연구하기에 충분히 균일한 장치를 찾는 것은 매우 어려움. 능면체 흑연에 대한 새로 발표된 연구 결과는 이제 초전도체 장치를 정확하게 만드는 대체 경로를 열게 된 것임.

적층된 그래핀 층으로 구성된 탄소 재료인 흑연은 육면체과 능면체의 두 가지 안정적인 형태를 가지고 있음. 전자는 더 안정적이므로 광범위하게 연구되었지만 후자는 덜 그랬음. 새로운 결과를 더 잘 이해하려면 그래핀 층이 이 두 가지 형태의 흑연에서 서로 다른 방식으로 적층된다는 사실을 기억하는 것이 중요함. 육면체 흑연 (연필심에서 발견되는 탄소의 형태)은 서로 겹친 그래핀 층으로 구성됨. 준안정 능면체 형태는 스택 순서가 약간 다르며, 이 약간의 차이는 전자 스펙트럼의 급격한 변화를 가져오게 됨.

본 연구 성과는 ‘Nature’ (“Electronic phase separation in multilayer rhombohedral graphite”) 지에 게재됨