[신기술 소개] NIMS, 탄소나노튜브를 템플릿으로 한 세계 최소 수준의 초극세 초전도 나노와이어 실현

KIC News, Volume 19, No. 4, 2016

KIC News, Volume 19, No. 4, 2016 79

NIMS, 탄소나노튜브를 템플릿으로 한 세계 최소 수준의 초극세 초전도 나노와이어 실현 - 다양한 재료계 초전도 양자 장치를 실리콘 칩에 제작 가능 -

일본 게이오대학(慶應義塾大学) 공학부의 히데유키(牧英之准) 교수는 물질⋅재료연구기구(NIMS) 모리야 마 사토시(森山悟士) 연구원, 군마대학(群馬大学) 공학부의 모리타 요시후미(守田佳史) 교수와 공동으로 탄 소나노튜브를 템플릿으로 하여 세계 최소 클래스의 초극세 초전도 나노와이어를 실현하고, 실리콘 칩 상에 장치화하여 미세 초전도체에서 나타나는 특이한 초전도 현상을 관측하는 데 성공했다.

초전도는 비교적 마이크로 크기에서는 양자 현상이 발현하여, 전자 장치, 광전자 장치 양자 컴퓨터 등에 실용화되어 있는데, 이 초전도체를 나노 크기로 미세화할 경우 마이크로 수준에서는 없는 새로운 초전도 현상이 나타날 것으로 기대되고 있다. 그러나 많은 초전도 재료는 미세화가 진행되는 반도체 재료에 비해 미세 가공이 어려워 미세 초전도체를 이용한 디바이스의 실현을 막는 요인이 되고 있다. 연구진은 탄소 나 노튜브와 초전도체를 하이브리드시킴으로써 10 nm 크기의 초극세 초전도 나노와이어의 제작에 성공했다.

또한, 이 초전도 나노 와이어를 장치화한 결과, 저온으로 할수록 초전도 상태가 무너지는 현상(초전도-절 연체 전이)이나 자속이 나노와이어를 터널링하는 현상(양자 위상 슬립) 등 특이한 초전도 현상을 관측하는 데 성공했다.

이번 연구에서는 초전도 장치로 실용화되어 있는 질화 니오븀 초전도체에서 나노 와이어의 제조에 성공 한 것이지만, 실리콘 칩 위에서 전자 장치화에도 성공하였기 때문에, 양자 비트와 초 고감도 광 검출기 등 새로운 초전도 양자 장치의 응용이 기대된다.

본 연구 성과는 2016년 5월 31일 미국 과학지 Applied Physics Letters 온라인 판에 공개되었다(※발표 논문참조).

※ 발표논문 : K. Masuda, S. Moriyama, Y. Morita, K. Komatsu, T. Takagi, T. Hashimoto, N. Miki, T.

Tanabe, and H. Maki, “Thermal and Quantum Phase Slips in Niobium-Nitride Nanowires Based on Suspended Carbon Nanotubes”, Applied Physics Letters

DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4952721

Figure. 탄소나노튜브 템플릿에 의한 초전도 나노와이어 성장 모식도.

출처 : 2016.05.30. NIMS (http://www.nims.go.jp/news/press/2016/05/201605300.html) 작성 : 소 대 섭 (한국과학기술정보연구원)