초록 ▼

□ 연구개요
● 위상부도체의 표면상태는 보통의 부도체에서 찾아볼 수 없는, 전류의 방향과 스핀의 방향이 일대일 대응되는 스핀-운동량 얽힘(spin-momemtum locking)의 성질을 보이며, 이러한 성질을 이용하면 스핀분극(spin polarization)을 비강자성체 (non-ferromagnetic material)에서도 구현할 수 있고 또한 그 분극율을 전기적으로 쉽게 제어할 수 있어 스핀트로닉스 (spin-electronics)분야의 발전에 획기적으로 기여할 수 있다.
● 본 연구에서는 위상부도체 스핀특성을

□ 연구개요
● 위상부도체의 표면상태는 보통의 부도체에서 찾아볼 수 없는, 전류의 방향과 스핀의 방향이 일대일 대응되는 스핀-운동량 얽힘(spin-momemtum locking)의 성질을 보이며, 이러한 성질을 이용하면 스핀분극(spin polarization)을 비강자성체 (non-ferromagnetic material)에서도 구현할 수 있고 또한 그 분극율을 전기적으로 쉽게 제어할 수 있어 스핀트로닉스 (spin-electronics)분야의 발전에 획기적으로 기여할 수 있다.
● 본 연구에서는 위상부도체 스핀특성을 정확히 측정하고 동시에 위상부도체를 이용한 스핀 트랜지스터의 원형(prototype)이 될 수 있는 플랫폼을 개발하고자 한다. 위상부도체 / 반도체 (그래핀 등) 이종접합구조를 이용하여 위상 부도체의 스핀분극을 자성접합을 이용하여 국부적 스핀전압차 (local potentiometric)로 측정할수 있는 플랫폼을 개발한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
● 본 연구의 세부목표는 첫째, 위상부도체 / 저차원 반도체의 이종접합을 구현할수 있는 저차원 물질 전사시스템을 구축하고, 둘째, 스핀 수송 측정을 수행할 수 있는 극저온 자기장 측정시스템을 구축한다. 셋째, 그래핀/강자성체 이종접합의 스핀 주입 및 수송을 측정하여 스핀 자유거리를 측정하고, 넷째, 새로운 위상부도체 후보 물질을 탐색하여 스핀분극을 측정한다.
● 본 연구에서는 모든 연구목표 항목을 성공적으로 수행하여 1마이크로미터 내외 오차의 3축 전사시스템을 구축하고, 상용 냉각기 기반 극저온 스핀수송 측정시스템을 구축하였다. 본 연구의 중간 결과물로서 위상부도체/그래핀 접합을 이용한 근적외선 광검출기를 개발하였고 관련 연구결과를 ACS. Photonics 지에 2016년 개제하였다. 또한, 위상부도체의 측면 스핀수송에 대한 매커니즘을 성공적으로 규명하였으며 관련연구결과는 2018-7월 현재 ACS. Photonics 지에 심사중이다.
● 최종결과로서 새로운 위상부도체 물질인 SmB6 의 표면 스핀 분극을 강자성체 전극을 이용하여 스핀 전위 국소측정법을 이용하여 성공적으로 측정하였으며 논문을 준비하고 있는 단계이다.

□ 연구개발결과의 중요성
● 스핀트로닉스는 전자의 전하 뿐 아니라 스핀 자유도를 모두 이용하여 고효율, 저전력의 차세대 전자소자를 개발하는 것이 그 주된 목표이며 이를 위해서는 고효율의 스핀분극원(spin source)과 스핀 감지소자(spin detector)개발이 필수적이다. 최근 발견된 위상부도체는 이러한 소자로서 활용될 수 있고 아직 위상부도체 표면 스핀에대한 연구가 세계적으로 태동단계에 있는 점을 고려할 때 차세대 기술선점 측면에서 연구의 필요성이 부각된다.
● 본 연구의 결과물인 위상부도체 측면 스핀수송, SmB6의 스핀 분극 측정 등은 차세대 스핀트로닉스 소자의 동작 원리 규명에 대한 기초연구결과를 제공하며, 위상부도체/반도체 이종접합의 근적외선 검출기는 차세대 광소자로 응용이 가능하다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 가. 이종물질 전사 시스템 구축 ... 4
• 나. 비국소 스핀수송 측정 ... 5
• 다. 국소 스핀수송 측정 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 12
• 4. 참고문헌 ... 12
• 5. 연구성과 ... 13
• 대표적 연구실적 ... 17
• 끝페이지 ... 24