| 허페이물질과학연구원, 고품질 토폴로지 초전도 단결정 재료 획득 | ||
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 최근, 중국과학원 허페이(合肥)물질과학연구원 강자기장과학센터의 수석 과학자 장위헝(張裕恒)이 이끄는 연구팀은 토폴로지(topology) 초전도 단결정체 연구에서 새로운 성과를 달성하였다. 연구 성과는 Superconductivity with topological surface state in SrxBi2Se3의 주제로 ‘Journal of the American Chemistry Society’에 발표되었다. 기존의 초전도체와는 달리, 토폴로지 초전도 상태는 물질의 새로운 상태이다. 토폴로지 초전도체의 표면에는 두께가 1나노미터인 토폴로지 보호를 받는 에너지 갭이 없는 금속 상태가 존재하고, 내부는 초전도체이다. 만약 하나의 토폴로지 초전도체를 2개로 나눌 때, 그 새로운 표면에 또 자연적으로 두께가 1나노미터인 한층의 토폴로지 보호를 받는 금속상태가 생긴다. 이러한 독특한 토폴로지의 특성으로 인하여 토폴로지 초전도체는 영원히 오류가 발생하지 않는 양자 컴퓨터의 이상재료로 인식되고 있다. 2010년, 미국 프린스턴대학교(Princeton University) 교수 R.J.Cava 연구팀은CuxBi2Se3에 초전도 현상이 나타났다고 보고하였는데 이 체계가 토폴로지 초전도체인지에 대해 국제적으로 많은 관심을 받고 있다. 그러나, 실험을 통하여, CuxBi2Se3초전도체의 초전도 체적비가 높지 않으며(최고로 약 50%), 공기중에서 매우 불안정성을 나타낸다는 것을 발견하였다. 이러한 부정적 요소는 토폴로지 초전도성에 대한 심층 연구를 제한하였다. 연구팀은 고온 용해법(High temperature melting)을 이용하여 알칼리 토금속 원소 Sr을 전형적인 토폴로지 절연체 재료 Bi2Se3에 성공적으로 삽입하여 고품질의 SrxBi2Se3단결정체를 얻었다. 이 재료는 최고로 91.5%에 달하는 초전도 체적비를 나타냈다. 연구팀은 해당 재료를 공기중에 4개월 노출시켰는데 재료의 초전도 성질에 변화가 발생하지 않았다. 이로부터 SrxBi2Se3는 공기에서 아주 안정적이라는 것을 알 수 있다. 연구팀은 정상 상태 강자기장 실험 장치 5호 수냉 마그네트(water-cooled magnet)를 이용하여 SrxBi2Se3단결정체에 토폴로지 성질이 존재하는지의 여부를 연구하였다. 분석결과, 해당 재료는 10 테슬라(Tesla, T)로부터 35 T 자기장 구간에서 주기성 양자 진동 신호를 나타냈다. 분석을 통하여, 연구팀은 해당 시스템 표면에 토폴로지 보호를 받는 금속 상태가 존재한다는 증거를 제공하였다. 해당한 결과는 SrxBi2Se3단결정체가 토폴로지 초전도 성능을 연구하는데 필요한 이상적 재료임을 입증한다. 정보출처 : http://www.cas.cn/cm/201508/t20150825_4414828.shtml  |
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