초록 ▼

고해상도 전자선 리소그라피를 이용하여 고품질 그라핀 소자, 위상절연체 소자를 개발하였다.
(1) 그라핀 안드리에프(Andreev) 간섭계 구현: 그라핀을 이용하여 안드리에프(Andreev) 간섭계(interferometer)를 제작하여 전기전도의 주기적 진동을 관찰하였다. 이 진동은 전체적으로 프라운호퍼 패턴을 보이고 패턴 속에 h/2e 주기의 진동이 숨어있는 형태를 가지는 전형적인 안드리에프 간섭계의 진동을 보여준다. 안드리에프 간섭계는 이론적인 연구가 활발히 이루어졌음에도 불구하고 높은 해상도의 실험적 구현(국소성 제어 등

고해상도 전자선 리소그라피를 이용하여 고품질 그라핀 소자, 위상절연체 소자를 개발하였다.
(1) 그라핀 안드리에프(Andreev) 간섭계 구현: 그라핀을 이용하여 안드리에프(Andreev) 간섭계(interferometer)를 제작하여 전기전도의 주기적 진동을 관찰하였다. 이 진동은 전체적으로 프라운호퍼 패턴을 보이고 패턴 속에 h/2e 주기의 진동이 숨어있는 형태를 가지는 전형적인 안드리에프 간섭계의 진동을 보여준다. 안드리에프 간섭계는 이론적인 연구가 활발히 이루어졌음에도 불구하고 높은 해상도의 실험적 구현(국소성 제어 등)이 이루어지지 않았었다. 본 연구에서 그라핀에 게이트 전압을 인가하여 전하 캐리어(carrier)의 밀도를 조절할 수 있었고, 이를 이용하여 안드리에프 간섭계의 간섭 현상을 일으키는 전자-홀 쌍(electron-hole pair)의 위상결맞음(coherence)의 국소성(locality)을 제어할 수 있었다. 즉, 그라핀 안드리에프 간섭계의 국소성 제어를 세계 최초로 실험적으로 구현하였는데, 이는 그라핀 간섭계를 이용하여 그라핀 캐리어의 위상 정보를 정밀하게 제어할 수 있음을 의미한다.

(2) 위상절연체 조셉슨 접합 소자 구현: 위상절연체 위에 2개의 초전도 전극(Al)과 2개의 금속(Au)을 증착하여 Al-TI-Al 조셉슨 접합을 제작하였다. 2개의 금속(Au)은 위상절연체의 전도성 표면을 따라 흐르는 전류를 검출하기 위한 전압 측정용 전극이다. 위상절연체의 전도성 표면에 흐르는 조셉슨 초전류는 위상절연체의 넓은 윗면과 옆면사이의 높이 차로 인하여 공간적으로 균일하지 않은 비균일한 초전류 밀도(stepped-edged nonuniform supercurrent density) 분포를 가지고 되어 고유한 초전류 특성을 보인다. 또한 위상절연체 전도성 표면을 따라 흐르는 비국소적 전류 분포를 검증하기 위하여 전압 측정용 전극(Au)을 이용하여 전압(V)를 측정하여 검증할 수 있었는데, Al-TI-Al 조셉슨 접합에 초전류가 흐를 경우, 위상절연체에 흐르는 전류는 조셉슨 접합 사이에 집중되고, 이 조셉슨 접합에 초전류가 흐르지 않을 경우, 전류가 위상절연체 표면에 넓게 퍼지게 되고 이는 유한한 전압(V)로 드러난다. 이러한 특성은 초전류의 자기장 의존성이 프라운호퍼(Fraunhofer) 패턴으로 나타나고, 이는 비국소적 위상절연체 전도성 표면이 존재함을 초전류 특성을 이용하여 실험적으로 증명한 것이다.