나노기술 및 정책 정보

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□ 개요

 

○ 주체 : 중국과학원 산하 '강한 자기장(Strong magnetic field) 센터'

 

○ 특징 : 사이즈가 점차 작아짐에 따라 나노 와이어 초전도 특성이 점차 약화되어 최종적으로 SIT를 발생시키게 될 뿐만

아니라 SIT가 발생할 때 전기 저항과 양자 전기저항은 직접적인 관계가 없다는 점을 발견

 

○ 기술 분야 : 초전도 단결정 나노 와이어 연구

 

○ 핵심 내용 : 절연 상태에 있는 초미세 나노 와이어의 전자 전송 행위는 온도와 편광 전압이 모두 반칙적인 멱함수 지수

(power-law) 행위를 나타낼 뿐만 아니라 다양한 온도 하에서의 전압-전류(V-I) 곡선은 동일한 곡선으로 되며 저온 상황에서

전기전도포화 특징을 나타낸다는 현상을 발견하였음

 

 

□ 주요 내용

 

○ 장기간 준 1차원 초전도체 속의 초전도-절연체 변환(SIT) 메커니즘 존재에 대해 과학자들은 장기간 논쟁을 해온 상황이다. 논쟁의 핵심은 "절연체 상태의 본질은 무엇이며 어떤 매개 변수가 이런 SIT 변환을 제어했을 것인가"라는 내용이다.

 

○ 중국과학원 산하 '강한 자기장(Strong magnetic field) 센터' 톈밍량(田明亮) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 다양한 지름의 Nb2PdS5 단결정 나노 와이어에 대한 분석을 실행하였다.

 

○ 연구팀은 이번 연구를 실행하는 과정에서 다양한 지름의 Nb2PdS5 단결정 나노 와이어의 변환 메커니즘은 일반적으로 생각하는 정상적인 상태의 전기 저항이 한 개 보편적인 양자 전기 저항에 의해 제어되는 것이 아니라 나노 와이어 면적에 의해 제어된다는 점을 새롭게 발견하였다.

 

○ 연구팀은 이번 연구를 통해 절연 상태에 처해 있는 Nb2PdS5 초미세 나노 와이어의 전송 특성 면에서 특이한 멱함수(power function) 비선형 행위(Nonlinear behavior)를 나타낸다는 점을 발견하였다.

 

○ 연구팀은 이번 연구를 통해 Nb2PdS5 나노 와이어의 절연 상태 특성에 대해 완전히 확장된 '변수 범위 호핑 모델(Variable range hopping model)'로는 해석할 수 있지만 이런 특성 전통적으로 인정하는 준 1차원 전자 시스템의 Luttinger 전송 메커니즘에는 속하지 않는다는 연구 결론을 도출하였다.

 

○ Nb2PdS5는 최근 발견된 일종 초고 임계 자기장을 보유한 신형 준 1차원 초전도체로서 결정체는 준 1차원 금속 체인 스태킹을 통해 형성되는 것으로 나타났다. 때문에 Nb2PdS5는 준 1차원 초전도 전자 구조를 연구하는데 있어서 이상적인 시스템으로 되고 있다.

 

○ 연구팀의 닝워이(寧偉) 연구원은 장창진(張昌錦) 연구원 연구팀과 협력하고 화학 스트리핑 방법으로 벌크 단결정 섬유를 스트리핑 하여 각 종 사이즈의 단결정 나노 와이어를 개발하고 초전도성에 대해 심층적인 연구를 실행하였다.

 

○ 연구팀은 이번 연구를 통해 사이즈가 점차 작아짐에 따라 나노 와이어 초전도 특성이 점차 약화되어 최종적으로 SIT를 발생시키게 될 뿐만 아니라 SIT가 발생할 때 전기 저항과 양자 전기저항은 직접적인 관계가 없다는 점을 발견하였다.

 

○ 연구팀은 이번 연구를 통해 절연 상태에 있는 초미세 나노 와이어의 전자 전송 행위는 온도와 편광 전압이 모두 반칙적인 멱함수 지수(power-law) 행위를 나타낼 뿐만 아니라 다양한 온도 하에서의 전압-전류(V-I) 곡선은 동일한 곡선으로 되며 저온 상황에서 전기전도 포화 특징을 나타낸다는 현상을 발견하였다.

 

○ 전통적인 준 1차원 전자 시스템 속에서 멱함수와 통일화된 행위는 일반적으로 Luttinger 액체 이론의 중요한 증거로 인정하고 있다. 하지만 연구팀은 이번 연구를 통해 전자 전송도 멱함수 지수 특징을 나타내지만 Luttinger 액체 이론은 완전히 적용되지 않으며 확장된 변수 범위 호핑 모델(Variable range hopping model)'이 더욱 효과적으로 전자의 각 종 행위를 해석한다는 연구 결론을 도출하였다.

 

○ 연구팀의 관련 연구 결과는 준 1차원 전자 시스템 속의 전자 멱함수 지수 운행 및 Luttinger 액체 이론의 적용 범위를 새롭게 이해하는 면에서 중요한 시사점을 제시해 주고 있다.

 

○ 연구팀의 관련 연구 성과는 Appl. Phys. Lett. 학술지 최신호에 게재되었다.

 

○ 이번 연구는 국가과학기술부의 '중대 기초과학 연구 프로젝트(973 계획)' 비용, 국가자연과학기금위원회의 '기초과학 연구 프로젝트' 비용 지원을 받아 실행되었다.