초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 단결정 Silicon Carbice(SiC) 기판 표면에 선택적으로 성장된 그래핀 에피막(Epitaxial Graphene, EG) 양자점들로 구성된 양자점 격자 스핀-앙상블(Spin-Ensemble) 시스템의 스핀 동역학적 특성을 측정 및 분석하고 이를 기반으로 다수의 마이크로파 모드를 동시에 저장할 수 있는 양자 메모리 시스템을 구현하는 것을 목표로 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 당초 연구목표 대비 연구결과는 다음과 같다.
- 단결정 SiC 기판 표면에 성장된 그

□ 연구개요
본 연구는 단결정 Silicon Carbice(SiC) 기판 표면에 선택적으로 성장된 그래핀 에피막(Epitaxial Graphene, EG) 양자점들로 구성된 양자점 격자 스핀-앙상블(Spin-Ensemble) 시스템의 스핀 동역학적 특성을 측정 및 분석하고 이를 기반으로 다수의 마이크로파 모드를 동시에 저장할 수 있는 양자 메모리 시스템을 구현하는 것을 목표로 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 당초 연구목표 대비 연구결과는 다음과 같다.
- 단결정 SiC 기판 표면에 성장된 그래핀 에피막 기반 양자점 격자 형성 방법 개발(목표 달성도: 100 %)
Metal-Plate Capping을 이용한 Hexagonal-SiC 표면에 그래핀 에피막의 안정적 성장 방법 개발. 그래핀 표면 불소화를 통한 Fluorinated-Graphene 절연막 형성 공정 개발. Au 박막 Dewetting 방법으로 형성된 nm 스케일 Au Island를 Etch Mask로 사용한 그래핀 에피막 양자점 형성 공정 개발
- Metal-Plate Capping 방법으로 성장된 그래핀 에피막의 전하수송 특성 정밀 측정 분석(목표 달성도: 100 %)
금속 박막을 Etch Mask로 사용함으로써 그래핀 에피막 표면에 Resist 잔여물이 남지 않는 Hall-Bar 패턴 형성 방법 개발. Pd Etch Mask 사용 시 그래핀 에피막에서 상당히 높은 온도(~86K)까지 Kondo 효과가 나타난다는 것을 발견함.
- 초전도 마이크로파 공진기와 그래핀 에피막 양자점 격자 스핀-앙상블이 수직 적층된 양자메모리 제작 및 동작 특성 평가 (목표 달성도: 60 %)
전자 스핀과 마이크로파의 결합 효율 증대를 위한 초전도 공진기 설계 및 제작. 제작된 초전도 공진기의 DC(초전도 임계온도) 및 마이크로파 전송 특성 측정 분석

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 본 연구에서 개발한 그래핀 에피막 양자점 격자 스핀-앙상블 양자 메모리 제작을 위한 여러 요소기술들은 초전도 큐비트 및 스핀 큐비트를 기반으로 한 여러 양자정보 소자 개발에 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 특히, 최근에 거시 양자계인 초전도 큐비트의 짧은 Coherence Time 문제를 해결하기 위한 방안의 하나로 상대적으로 Coherence Time이 긴 스핀과 같은 미시 양자계를 접목한 하이브리드 양자 프로세서 개발에 대한 필요성이 대두되고 있음을 고려할 때 본 연구의 결과들은 하이브리드 양자 프로세서 제작의 중요 기반기술로 사용될 수 있을 것으로 예상된다.
- 본 연구에서 개발한 그래핀 표면 불소화를 통해 전기적 절연체인 Fluorinated-Graphene을 형성하는 방법은 EG 양자점 뿐만 아니라 경계면에 원자 배열 상 결함이 없는 그래핀 전도 채널 형성에도 활용될 수 있다. 이를 이용하여 nm 스케일의 폭을 갖는 그래핀 나노리본 채널 내 전하수송자의 1차원적 수송특성을 채널 가장자리에서의 산란이 최소화된 이상적 상황에서 정밀하게 측정 분석할 수 있는 기반이 마련될 것으로 예상된다.
- 본 연구에서 제작한 초전도 마이크로파 공진기는 그래핀 에피막 양자점 격자 스핀-앙상블 시스템 뿐만 아니라 자성 절연체 및 양자 스핀 액상과 같이 서로 강하게 상호작용하는 스핀들로 구성된 스핀-앙상블 시스템의 동역학적 특성을 측정 분석하는 연구에도 활용될 수 있다. 이와 같은 연구는 현재까지 거의 이루어지지 않았으며 기존의 측정 방법으로는 관찰되지 않은 새로운 현상을 발견할 가능성이 높다. 특히, 초전도 공진기를 통해 스핀-앙상블 시스템에 가해지는 마이크로파 펄스 시퀀스를 임의로 조절함으로써 다양한 방식의 비평형 상태를 유도할 수 있어 최근 그 중요도가 가파르게 높아지고 있는 스핀 다체계의 비평형 거동을 연구할 수 있는 플랫폼을 제공하게 될 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 최종 목표 ... 4
• 2) 연구개발의 필요성 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 연구개발 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 16
• 끝페이지 ... 20