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30년간 이론에만 존재하던 양자컴퓨터 소재 드디어 개발

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30년간 이론에만 존재하던 양자컴퓨터 소재 드디어 개발

2015.02.02 18:00

왼쪽부터 이후종, 지승훈 포스텍 물리학과 교수. - 포스텍 제공
이후종(왼쪽), 지승훈 포스텍 물리학과 교수. - 포스텍 제공

국내 연구진이 수십 년 동안 이론적으로만 예측해왔던 양자컴퓨터용 소재를 개발했다.

 

이후종·지승훈 포스텍 물리학과 교수팀은 ‘초단간극 탄도성 조셉슨접합’을 세계 최초로 구현하고 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 1월 31일자에 게재했다. 이 물질은 양자컴퓨터 소재로 사용할 수 있어 30여 년간 학계에서 실제로 만들기 위해 노력해 왔다.

 

조셉슨접합이란 샌드위치처럼 초전도체 사이에 얇은 금속을 끼워 초전도체끼리 서로 닿지 않더라도 전류가 흐르게 만든 상태를 가리킨다. 초전도체는 전기저항이 없을 뿐 아니라 내부에 있는 전자들의 상태가 일반 금속과 달리 모두 같은 상태를 유지하고 있어서 양자컴퓨터를 구현하는 소재로 주목받아왔다.

 

하지만 초전도체를 양자컴퓨터용 소재로 만들기 위해 꼭 필요한 초단간극 탄도성 조셉슨접합은 지금까지 이론적으로만 예측됐을 뿐 실제로 구현되지 못했다. 이 물질은 초전도체 사이의 간격을 원자 단위로 미세하게 좁힌 것을 말한다.

 

초단간극 탄도성 조셉슨접합을 만들기 어려웠던 이유는 초전도체 사이에 들어갈 금속층을 원자 단위로 얇게 만드는 일이 어렵기 때문이다. 연구팀은 두께가 탄소 원자 하나에 불과한 그래핀을 대안으로 주목했다. 그래핀은 육각형 벌집 모양으로 배열된 탄소원자들로 이뤄진 얇은 막으로, 전기전도성이 실리콘의 100배에 이를 뿐 아니라 강도가 강철보다 200배나 뛰어나 ‘꿈의 신소재’로 불린다.

 

그래핀을 초전도체 전극 사이에 끼워 넣고 전류를 흘려 준 결과 초단간극 탄도성 조셉슨접합으로 볼 수 있는 전류 특성이 나타났다. 온도에 따라 초전도 현상을 유지하는 임계전류값이 변하는 특성 등 이론적으로 예측했던 소재의 물리적인 특성과 동일하게 나타난 것이다.

 

이후종 교수는 “이 소재를 이용해 원자 단위의 소자 구조 제어는 물론 그래핀을 이용해 다양한 초전도 양자소자를 개발할 수 있을 것”이라고 말했다.

 

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