POSTECH 이길호 교수팀, 전극 이용해 고온초전도체의 비등방 초전도성 검증

박영재 기자 | 기사입력 2022/01/24 [09:57]


POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)은 물리학과 이후종 명예교수·이길호 교수, 통합과정 이종윤 씨 연구팀이 산화구리 기반 Bi2Sr2CaCu2O8+x(이하 Bi-2212) 조각의 각도를 비틀어 쌓음으로써 고온초전도체의 비등방 초전도성을 검증했다고 24일 밝혔다.

 

▲ Bi-2212 비틀림 적층 조셉슨 접합의 전도 측정 모식도 및 (오른쪽) 접합의 확대 구조와 운동량 공간에서 비틀린 위아래 Bi-2212의 d-파 초전도 간격. (C) 포스텍


같은 물질이더라도 각도를 비틀어 쌓으면 지금까지 존재하지 않았던 물성이 나타날 수 있다. 초전도체가 아닌 두 개의 그래핀을 약 1.1도 비틀어 쌓으면 초전도성을 띠는 현상이 그 예다. 그래핀은 결정 방향과 관계없이 물성이 동일한 등방성 결정층인데, 방향에 따라 물성이 달라지는 비등방성 결정층의 경우 비틀어 쌓는 각도에 따라 물성이 더 극적으로 바뀐다.

 

특히 비등방성 결정 구조에서 비롯하는 비등방 초전도성은 고온초전도체의 원리와 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 그동안 주사 터널링 현미경이나 각분해능 광전자 분광기기를 통해 고온초전도체의 비등방 초전도성이 확인된 바 있기도 하다.

 

이외에도 20여 년 전부터 전극을 이용한 전도 특성 연구로 비등방 초전도성을 확인하려는 시도가 있었다. 그러나 접합 시 온도가 800℃에 이르고, 조각을 뗐다 붙였다 하면서 접합 계면의 결정 구조가 변형돼 명확한 결론이 나지 않았던 상황이다.

 

이에 이길호 교수팀은 반데르발스비틀림 적층 조셉슨(Josephson) 접합의 전도 특성으로 산화구리 기반 고온초전도체의 초전도 방향성을 확인하고자 했다. 접합 계면의 결정 구조 변형을 막기 위해 반데르발스 힘으로 Bi-2212 결정층을 쌓아 계면에 가해지는 힘을 최소화한 것이다. 이때 불순물이 섞이거나 물질이 산화되지 않도록 공기를 차단한 상태에서 하나의 결정을 위아래 두 층으로 분리한 후 둘을 비틀어 쌓았다.

 

그 결과, Bi-2212 결정층을비틀어 쌓은 고온초전도체에서 비등방 초전도성이 나타남을 확인할 수 있었다. 이 연구는 전도 특성으로 고온초전도체의 물성을 확인한 연구일 뿐 아니라, 새로운 나노 공정을 개발한 연구라는 의의가 있다. 연구에서 구현한 미세 박리 후 적층 기법은 공기 노출에 민감한 다른 물질의 계면 연구에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

 

이길호 교수는 “비틀린 각도를 조절해 새로운 물성을 만들어 내는 트위스트로닉스(twistronics)란 분야가 최근 큰 관심을 받고 있다”며 “비틀림 각도가 물성을 조절하는 새로운 제어 손잡이가 된 셈”이라고 말했다. 이어 “지금까지 주로 그래핀에 관해서만 연구되었으나, 본 연구팀은 이를 초전도체로 확장해 초전도체 기반 트위스트로닉스란 새로운 분야를 개척했다”고 말했다.

 

세계적인 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 최근 게재된 이 연구는 한국연구재단과 삼성미래기술육성재단의 지원을 받아 이뤄졌다.

 

<구글 번역'으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

 

Prof. Gilho Lee's team at POSTECH verified the anisotropic superconductivity of high-temperature superconductors using electrodes

 

POSTECH (Pohang University of Science and Technology, President Kim Moo-hwan) verified the anisotropic superconductivity of high-temperature superconductors by twisting the angles of copper oxide-based Bi2Sr2CaCu2O8+x (Bi-2212) pieces and stacking them together by Professor Lee Gil-ho and Lee Ho-jong, emeritus professors of the Department of Physics, and Lee Jong-yun's research team in the integrated course. said on the 24th.

 

Even if the same material is stacked at an angle, properties that did not exist before may appear. An example of this is the phenomenon of superconductivity when two graphenes, which are not superconductors, are stacked with a twist of about 1.1 degrees. Graphene is an isotropic crystalline layer with the same physical properties regardless of the crystal direction, but in the case of an anisotropic crystalline layer with different physical properties depending on the direction, the physical properties change more dramatically depending on the twisting angle.

 

In particular, the anisotropic superconductivity resulting from the anisotropic crystal structure is known to be closely related to the principle of high-temperature superconductors. In the meantime, the anisotropic superconductivity of high-temperature superconductors has been confirmed through scanning tunneling microscopes or angular-resolution photoelectron spectroscopy instruments.

 

In addition, there has been an attempt to confirm the anisotropic superconductivity through the study of conduction properties using electrodes since about 20 years ago. However, the temperature at the time of bonding reached 800°C, and the crystal structure of the bonding interface was deformed while the pieces were removed and pasted, so a clear conclusion was not reached.

 

Accordingly, Professor Gil-ho Lee's team tried to confirm the superconductivity of a copper oxide-based high-temperature superconductor through the conduction characteristics of the van der Waals torsional stacked Josephson junction. In order to prevent the crystal structure deformation of the junction interface, the force applied to the interface is minimized by stacking the Bi-2212 crystal layer using van der Waals force. At this time, one crystal was separated into two layers, upper and lower, with air blocked so that impurities would not be mixed or the material would be oxidized, and then the two were twisted and stacked.

 

As a result, it was confirmed that the anisotropic superconductivity was exhibited in the high-temperature superconductor in which the Bi-2212 crystal layer was twisted. This study is not only a study to confirm the physical properties of high-temperature superconductors with their conduction properties, but also has significance in that it is a study of developing a new nano-process. The micro-exfoliation and lamination technique implemented in this study is expected to be applied to the study of the interface of other materials sensitive to air exposure.

 

Professor Gil-ho Lee said, “The field of twisttronics, which creates new properties by adjusting the twist angle, is receiving a lot of attention recently. “So far, only graphene has been studied, but our research team has expanded it to a superconductor and pioneered a new field called superconductor-based twisttronics,” he said.

 

This research, recently published in the world-renowned academic journal 'Nano Letters', was supported by the National Research Foundation of Korea and the Samsung Future Technology Foundation.


원본 기사 보기:브레이크뉴스 대구경북
기사제보 및 보도자료 119@breaknews.com
ⓒ 한국언론의 세대교체 브레이크뉴스 / 무단전재 및 재배포금지
 
  • 도배방지 이미지

광고
광고
광고