KIC News, Volume 21, No. 6, 2018
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아오야마가쿠인대, 그래핀을 토폴로지컬 절연체로 바꾸는데 성공
아오야마가쿠인(青山学院大學), 도쿄대학 등의 연구그룹은 2차원 탄소 결정인 그래핀을, 토폴로지컬 절 연체라는 특이한 상태로 변화시키는데 성공했다. 토폴로지컬 절연체 상태는 스핀트로닉스에서의 응용이 기대되고 있으며, 토폴로지컬 절연체 상태가 발생하기 위해서는 강한 스핀 궤도 상호 작용이 필요하지만, 그래핀은 구성 원자가 가볍기 때문에 스핀 궤도 상호 작용이 작아지고 있다. 연구진은 비스무스와 텔루륨 이라는 무거운 원자로 구성된 초미립자를 그래핀에 미량으로 분산시켜 양자 터널 효과를 통해 스핀 궤도 상호 작용을 도입하는데 성공했다. 외부에서 가하는 전압을 제어함으로써 토폴로지컬 절연체 상태가 발현 되는데 이를 전기 전도, 상태 밀도 측정에 의해 확인했다. 또한, 제1원리계산에 의한 검증을 실시, 그래핀 이 토폴로지컬 절연체가 된 것을 최초로 확인했다.
본 성과는 2018년 11월 9일 미국 과학지 Science Advances에 게재되었다(※발표논문참조).
※발표논문 : K. Hatsuda, H. Mine, T. Nakamura, J. Li, R. Wu, S. Katsumoto, *J. Haruyama,
“Evidence for a quantum-spin-Hall phase in graphene decorated with Bi2Te3 nanoparticles”, Science Advances, 09 Nov. 2018
DOI：10.1126/sciadv.aau6915
Figure. (좌) 시료의 모식도. 노란색 4각형은 티타늄과 금에 의한 전극을 나타낸다. 6각형들은 그래핀 부분을 나타낸다(실 제 결정 격자 6각형은 한 변이 0.14 nm). (우) 전극 1과 2 사이에 일정한 전류를 흘려 전극 3과 4 사이의 전압을 측정하 여 산출 한 4단자 저항을 게이트 전압에 대하여 측정한 결과. 빨간색 선과 파란색 선은 미립자를 분산시킨 시료로, 상온 (300 K, 파란색 선)과 저온(1.5 K 빨간색 선)에서 측정한 것이다. 게이트 전압 17.5 V 부근에서 토폴로지컬 절연체 상태 가 발생하고 있다. 삽입된 그림은 시료의 주사프로브현미경으로 전극 번호를 기입한 것이다.
출처: 2018.11.10. 대학프레스센터(https://www.u-presscenter.jp/2018/11/post-40386.html) 작성: 소 대 섭 (한국과학기술정보연구원)
