포스텍(총장 김도연)은 이길호·이후종 물리학과 교수와 박진호 박사과정이 이재형 삼성전자 종합기술원 박사와 공동으로 단간극 수평형 그래핀 초전도 접합을 최초로 구현했다고 1일 밝혔다.
꿈의 컴퓨터로 불리는 양자컴퓨터를 상용화하기 위해서는 양자 소자를 안정화시키는 기본 기술이 필요하다. 이번에 개발한 기술은 안정된 양자 소자를 구현하는 핵심 기술이다.
초전도체는 임계온도라 불리는 일정 온도 이하에서 전기 저항 없이 전류가 흐르는 물질을 이른다. 이렇게 전기 저항이 없이 흐르는 전류가 초전류다.
수백 나노미터(㎚) 정도 길이를 갖는 짧은 도체를 사이에 두고 두 초전도체 전극을 떨어뜨려 놓아도 두 전극 사이에 초전류가 흐르게 할 수 있는 구조를 조지프슨 접합이라 부른다.
조지프슨 접합에서 두 전극의 간격을 짧게 할수록 초전류는 더 커진다. 일정 기준 이상의 큰 초전류를 띠는 접합을 단간극 접합이라 한다.
이는 양자컴퓨터의 기본 단위인 큐비트과 같이 강한 결맞음성이 요구되는 안정된 양자 소자 구현에 꼭 필요하다.
최근 전류가 잘 흐르는 단원자층 흑연 물질인 그래핀을 매개로 한 조지프슨 접합으로 단간극 접합 특성을 실현하려는 시도가 많이 있었지만 성공하지는 못했다.
연구팀은 육방정계붕소 박막 사이에 깨끗한 그래핀을 삽입한 수평형 그래핀 접합에서 단간극 조지프슨 접합 특성 실현에 최초로 성공했다.
그동안 단간극 접합 특성이 실현되지 못한 것이 그래핀과 초전도 전극이 접합되는 부위에서 전하 이동으로 그래핀 특성이 변질됐기 때문임을 밝혔다. 이를 보정해 평면형 그래핀 접합에서 단간극 특성을 확인할 수 있었다.
이후종 교수는 “이번 연구 성과는 전류 전도 특성이 우수한 그래핀을 이용, 매우 안정된 양자 소자를 고안하는 데 유용하게 활용될 수 있다”고 의의를 부여했다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
