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Aug 22, 2023

연구원들은 얇은 초전도막에서 편재하는 초전도 다이오드 효과를 관찰합니다.

2023년 8월 3일 특집 이 기사는 Science X의 편집 과정 및 정책에 따라 검토되었습니다. 편집자들은 콘텐츠의 특성을 확인하면서 다음 속성을 강조했습니다.

2023년 8월 3일 특집

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잉그리드 파델리(Ingrid Fadelli), Phys.org

소위 초전도(SC) 다이오드 효과는 새로운 기술 개발을 위한 잠재적 가치로 인해 최근 물리학 연구 커뮤니티 내에서 상당한 주목을 받고 있습니다. 이 효과는 비상역 초전도성의 주요 예를 제공합니다. 이를 호스팅하는 물질은 본질적으로 한 전류 흐름 방향에서는 초전도성이고 다른 방향에서는 저항성이 있기 때문입니다.

MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 연구원들은 IBM Research Europe 및 전 세계의 다른 연구소와 협력하여 최근 초전도체 재료의 얇은 필름에서 이러한 흥미로운 효과를 관찰했습니다. Physical Review Letters에 발표된 그들의 연구 결과는 더 나은 성능의 다이오드(즉, 전류가 특정 방향으로 흐르도록 하는 장치)와 같은 새로운 전자 부품의 제조를 가능하게 할 수 있습니다.

"SC 다이오드 효과에 대한 우리의 발견은 어느 면에서는 우연이면서도 놀라운 일이었습니다"라고 연구를 수행한 연구원 중 한 명인 Jagadeesh Moodera가 Phys.org에 말했습니다. "우리는 유사한 박막 스택 구조를 사용하여 초전도 금 표면에 나타나는 마요라나 페르미온이라고도 알려진 파악하기 어려운 마요라나 결합 상태를 연구 중이었고 지금도 연구하고 있습니다. 우리는 이 현상에 대한 '빠른' 검색을 위해 우회했습니다. 초전도 다이오드 효과)가 갑자기 주목을 받았고, 2020년부터 이 주제에 대한 여러 가지 새로운 보고서가 나왔습니다."

Moodera와 그의 동료들이 SC 다이오드 효과를 조사하기 시작한 지 불과 며칠 만에 그들은 얇은 초전도막에서 이를 성공적으로 관찰했습니다. 처음에 그들은 유리한 것으로 알려진 조건, 특히 초전도체가 스핀 궤도 및 교환 장에 노출되었을 때 효과를 관찰하려고 구체적으로 노력했습니다. 그러나 그들은 곧 그 효과가 초전도층에서 어디에나 존재한다는 것을 깨달았습니다. 즉, 이러한 장 없이도 어느 쪽이든 발생한다는 의미입니다.

Moodera는 “초전도체의 기록적인 다이오드 동작은 가장자리를 간단히 조각함으로써 실현될 수 있으며 따라서 효율적인 초전도 메모리, 스위치, 로직 등의 장치 기술을 쉽게 확장할 수 있는 기반을 형성할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.”라고 Moodera는 설명했습니다. "여름 동안 MIT에서 연구를 수행한 두 명의 고등학생, 즉 Amith Verambally와 Ourania Glezakou-Ebert가 이 연구에 중요한 역할을 했다는 점을 지적하는 것은 주목할 만합니다. 이 작업은 획기적인 연구가 전혀 예상하지 못할 때, 자유로울 때 일어난다는 점을 더욱 강조합니다. 열린 마음으로 탐험해보세요!"

초전도체는 충분히 낮은 온도로 냉각되면 초전도체가 되는(즉, 에너지 손실 없이 직류를 전도할 수 있는) 물질입니다. 즉, 이러한 물질은 소실되지 않는 전류를 호스트하며 임계 전류라고 알려진 최대값까지 저항이 0인 상태로 물질을 통해 흐릅니다.

SC 다이오드 효과가 발생하면 이 임계 전류는 방향(즉, 재료 내에서 앞으로 흐르는지 아니면 뒤로 흐르는지)에 따라 달라집니다. 이번 연구의 주요 목적은 초전도 물질의 얇은 층에서 이러한 효과를 조사하는 것이었습니다.

Akashdeep Kamra와 Yasen Hou는 "우리는 그 위에 강자성 반도체 층이 있는 고품질 SC 필름을 제작했으며 전송 전류 특성을 측정하여 자기장을 적용할 필요 없이 거대한 SC 다이오드 효과를 발견했습니다"라고 설명했습니다. "우리는 리소그래피로 패턴화된 필름 스트립 측면의 미세한 기하학적 세부 사항이 이 다이오드 효과에서 중요한 역할을 한다는 것을 깨달았습니다. 그래서 우리는 단순한 SC 필름이라도 합성하고 측면 중 하나에 불균일성을 도입하여 비대칭성을 더욱 강화했습니다. SC 다이오드 효과."