| 상압에서 77K의 고온 초전도 현상 발견 | ||
|
||
 보다 높은 초전도 전이온도의 초전도체를 발견하고 고온 초전도성의 생성원리를 해석하는 것은 초전도연구의 2가지 중요한 연구방향이 되었다. 2008년에 발견한 철기반 초전도체는 최고 초전도온도가 55K에 달한다. 최근 청화대학 물리학부의 쉐치쿤(薛其坤)연구팀과 중국과학원 물리연구소의 마쉬춘(馬旭村)연구팀은 협력하여 SrTiO3 기판에서 FeSe박막을 성장시키는데 성공, 단층 FeSe박막에서 액체질소온도(77K)에 접근하는 초전도전이 현상을 발견하였다. 이번 연구성과의 달성으로, (1) 철기반 반도체의 초전도온도가 최고로 55K이상의 결과를 얻게 되었고, (2) 이번에 확보한 초전도전이온도는 벌크모양 FeSe가 상압에서 초전도전이온도가 ~8K이고 고압에서 도달 가능한 Tc ~36.7K보다 훨씬 높다. SrTiO3기판에서 성장한 단층 FeSe박막이 이처럼 신기한 초전도성을 나타낼 수 있는 원인은 무엇인지? 철기반 초전도체의 초전도원리를 해석하고 어떻게 재료의 초전도전이온도를 높일 것인가를 연구하는 것은 중요한 의미를 지닌다. 중국과학원 물리연구소/북경응집체물리국가실험실(설립중) 초전도국가중점실험실의 저우싱쟝(周興江)연구팀의 리우더파(劉德發), 머우다이샹(牟代祥), 허쥔펑(何俊峰), 자오린(趙林) 등과 표면실험실의 마쉬춘연구팀과 청화대학 물리학부 쉐치쿤연구팀의 장원하오(張文號), 아오위버(歐雲波) 등은 협력하여 고해상도 각도 차별화 광전자 분광법(ARPES)을 이용해 SrTiO3기판에서 성장한 단층FeSe박막의 전자구조를 연구했다. 우선 연구팀은 단층 FeSe박막의 전자구조가 기존의 기타 철기판 초전도체와는 달리 간단한 페르미면(Fermi Space)이 존재한다는 점을 발견하였다(그림1). 브릴루앙 구역(Brillouin zone)의 중심(Γ점)에는 어떠한 에너지벤드도 페르미에너지구간을 지나지 않으며 단지 브릴루앙 구역의 M점에 전자형 페르미면이 존재한다는 현상을 발견하였다(그림2). 계속하여 연구진은 저온에서 M점 부근의 페르미면에 초전도갭이 열리는(open) 현상을 관찰하였다. 에너지갭의 온도에 따른 변화를 측정하였을 때 55K부근에서 에너지갭이 닫히는(closing) 현상을 발견하였는데 이는 샘플의 초전도 전이온도가 55K근처에 있음을 나타낸다(그림3). 초전도 에너지갭의 운동량변화와의 관계를 측정한 결과, 에너지갭이 기본상 등방성(~15 meV)이라는 점이 입증되었다(그림4). 이상적인 2차원이기 때문에 시스템적으로 에너지갭 노드(node)가 존재하지 않는 다는 점을 직접 판단할 수 있다. 단층 FeSe은 페르미면이 이처럼 간단하지만 초전도온도는 오히려 매우 높다는 점은 철기반 초전도체의 초전도원리를 이해하는데 중요한 정보를 제공하고 있다. (1) 이상적인 2차원체계에서 초전도성을 관찰함으로써 3차원의 층간 결합이 철기반 고온 초전도성을 생성하는데 뚜렷한 작용이 없다는 것으로 분석된다. (2) 기존의 몇몇 철기반 초전도체가운데 브릴루앙 구역의 중심(Γ점)에 일반적으로 몇 개의 공동형의 에너지벤드와 페르미면이 존재하였고, 이런 페르미면을 초전도성을 생성하는데 밀접한 연관성이 있다고 주장했었다. 과거의 AxFe2-ySe2 초전도체에 대한 연구와 단층 FeSe의 연구결과를 결부시켰을 때, Γ점 부근의 공동형 페르미면의 존재가 철기반 초전도체가 초전도성을 생성하는 필수조건은 아니며, M점 부근의 전자형 페르미면이 오히려 초전도성을 생성하는데 매우 중요한 역할을 하는 것으로 분석된다. 위의 정보를 도출하여 (1) 철기반 초전도체가 초전도성을 생성하는 핵심요소를 확보하였고, (2) 이론 분석과 처리를 간소화하는데 유리해졌다. 이 연구결과는 최신호 Nature Communications(3, 931 (2012))에 게재되었다. 이 연구는 Journal Club for Condensed Matter Physics에 추천되어 전문가의 높은 평가를 받았다. 정보출처 : http://www.cas.cn/ky/kyjz/201207/t20120718_3617249.shtml |
SEARCH
- 정책동향
- 이슈리포트
- 통계DB
- 통계DB