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[중국] 그래핀 터널 장치로 비교적 높은 온도의 탐사측정을 실현하는 전자 관련 연구

□ 주요 내용

○ 그래핀은 독특한 선형 분산 관계, 질량이 없는 디랙 페르미온의 특성과 취약한 스핀 궤도 커플링을 보유하고 있기 때문에 전자, 스핀 수송을 연구하는데 있어서 이상적인 2차원 결정체 재료에 속한다.

○ 낮은 캐리어 농도와 취약한 전자 차폐(Electronic shielding)는 그래핀으로 하여금 비교적 강한 전자 관련 특성을 보유할 수 있도록 한다. 때문에 2차원 그래핀은 정수, 분수 양자 홀 효과 측정 테스트를 통해 전자 관련 상호 역할을 관찰할 수 있는 기능을 보유하고 있다.

○ 하지만 이런 관찰은 비교적 까다로운 실험 조건을 요구하고 있는데 예를들면 비교적 낮은 온도, 고품질 및 높은 이전 비율의 그래핀 샘플을 요구하고 있다. 이런 상황에서 전자-포논 산란과 무질서한 산란이 억제되며 이런 조건 하에서 전자-전자 상호 역할을 관찰할 수 있다.

○ 중국과학원은 수저우(蘇州) 나노기술 및 나노 바이오닉 연구소 산하 '나노장치 및 응용 중점 실험실' 류리워이(劉立偉) 연구원 연구팀은 중국과학원물리 연구소 뤼리(呂力) 연구원 연구팀과 협력하여 혁신적인 비대칭 자기특성 전극 그래핀 샌드위치 수직 구조 장치를 개발하는데 성공하여 이슈가 되고 있다.

○ 이번에 개발된 장치의 신기한 점은 수평 및 수직 루트를 보유하고 있다는 점이다. 연구팀은 이번 연구를 통해 비교적 높은 온도 조건 하에서 미약한 국지화와 전자-전자 상호 역할에 대한 관찰을 실현하였으며 전자-전자 상호 역할을 위주로 한 결 어긋남 메커니즘을 취득하였다.

○ 연구팀은 자기장 평행 장치 샘플을 이용하여 스핀 밸브 효과를 관찰하였는데 이번 관찰과 발견은 비교적 높은 온도에서 전자 및 스핀 전송 관련 연구에서 중요한 의미를 보유하고 있다. 관련 연구 결과는 Applied Physics Letters 학술지에 발표되었다(104, 153114 (2014)).

○ 비대칭 Ni/graphene/Co 수직 스핀 전송 장치 중에서 자성 전극의 자화 용이 방향이 전극 평면 내에 존재하기 때문에 자기장에 수직 전극 평면에 추가될 때 취약한 국지화 효과와 전자-전자 관련 상황을 관찰할 수 있다. 수직 구조는 비교적 짧은 전자와 스핀 루트를 보유하고 있기 때문에 전자 수송 과정에서 받게 되는 산란을 대폭 감소시킬 수 있게 된다.

○ 때문에 전자 수송은 포논 산란 영향을 효과적으로 차폐시킬 수 있으며 비교적 긴 평균 자유 과정을 보유하여 연구팀으로 하여금 비교적 높은 온도(~120℃)에서 취약한 국지화와 전자-전자 상호 역할을 관찰할 수 있게끔 하였다. 그 외, 전기 저항 온도 대수 의존을 통해 상호 역할 강도 계수를 취득할 수 있는 동시에 페르미 액체 상수 결과와 이론 간의 일치성이 이상적인 것으로 나타났다. 결 어긋남 속도와 온도 제곱(square)은 정비례 관계를 보유하고 있는데 이런 상황은 전자-전자 상호 역할 발휘를 위주로 하는 결 어긋남 메커니즘에 속하고 있음을 의미하고 있다.

○ 연구팀은 이번 연구를 통해 전극 Ni/graphene/Co 수직 장치 중에서 스핀 밸브 효과를 관찰하였다. 연구팀은 이번 연구를 통해 자기장이 샘플 평면에 평행될 때 양에서 음으로 또는 음에서 양으로의 자기장 스캐닝을 실행하게 되며 자기장 방향 후의 보자력이 작은 전극에 대해서는 우선적으로 방향을 개변하고 두 전극 자기화 방향이 반대 될 때 전기 저항이 비교적 크고 높은 저항 상태를 나타낸다는 연구 결론을 도출하였다.

○ 이번 연구는 국가자연과학기금위원회, 국가과학기술부, 수저우(蘇州) 나노기술 및 나노 바이오닉 연구소 관련 과학연구 비용 지원을 받아 추진되었다. 동시에 수저우(蘇州) 나노기술 및 나노 바이오닉 연구소 산하 '측정 테스트 및 가공 플랫폼' 기술 지원을 받아 추진되었다.