새로운 문

2023년 7월 19일 특집

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작성자: Ingrid Fadelli, Tech Xplore

페로브스카이트 구조를 갖는 스트론튬과 티타늄의 산화물인 티탄산스트론튬(SrTiO3)은 스핀-궤도 결합, 전기 조정성, 비전통적인 초전도성을 비롯한 많은 유리한 특성을 가지고 있습니다. 알루미늄이나 니오븀과 같은 기존 금속의 초전도성과 비교하여 SrTiO3의 초전도성은 낮은 전자 밀도에서도 유지되며, 전압을 적용하여 제어할 수 있습니다.

SrTiO3의 독특한 특성으로 인해 SrTiO3는 양자 기술 개발에 유망한 소재입니다. 그러나 이러한 장치의 개발은 SrTiO3 나노 구조의 높은 수준의 무질서로 인해 지금까지 상당히 어려운 것으로 판명되었습니다.

스탠포드 대학, SLAC 국립 가속기 연구소 및 기타 연구소의 연구원들은 최근 높은 전자 이동성을 나타내는 SrTiO3 기반의 새로운 게이트 조정 가능 장치를 실현했습니다. Nature Electronics에 발표된 논문에 소개된 이러한 장치는 양자화된 전하를 전송할 수 있으며, 이는 SrTiO3 기반 양자 기술 개발에 중요한 의미를 가질 수 있습니다.

연구를 수행한 연구원 중 한 명인 Evgeny Mikheev는 Tech Xplore에 "우리는 SrTiO3에서 나노미터 크기의 좁은 채널을 만드는 방법을 배우고 싶었습니다."라고 말했습니다. "이 물질은 특이한 초전도성 때문에 기술적으로나 과학적으로 흥미롭습니다. 초전도성은 트랜지스터와 같은 구조 내부의 게이트 접점에 전압을 가하여 낮은 밀도에서 제어할 수 있습니다.

"우리의 주요 목표는 결함과 충돌하지 않고 전자가 좁은 수축을 통해 탄도적으로 흐르는 체제에 들어갈 수 있을 만큼 결함과 불순물('장애')의 양이 충분히 적은 장치를 만드는 것이었습니다. 매우 깨끗한 샘플에서 이는 양자화된 전하로 이어질 수 있습니다. 개별 탄도 채널을 통해 전송됩니다. 이는 우리 논문에 표시된 전기 전도도 데이터의 고원 사이의 단계로 명확하게 관찰할 수 있습니다."

Mikheev와 그의 동료들이 실현한 장치는 개별 탄도 채널을 통해 양자화된 전하 수송을 가능하게 하기 위해 신중하게 연구된 독특한 디자인을 가지고 있습니다. 이는 SrTiO3 2D 전자 가스 채널과 이온성 액체 게이트를 기반으로 하며 얇은 하프늄 산화물 장벽 층으로 구분됩니다.

Mikheev는 "우리 연구는 David Goldhaber-Gordon 그룹의 이전 두 연구를 기반으로 합니다"라고 설명했습니다. "첫 번째는 2021년에 발표된 이전 논문으로, 티탄산스트론튬의 좁은 수축을 보고했습니다. 이는 이온성 액체 게이팅이라는 기술을 사용하여 SrTiO3 표면에 2D 전자 가스를 생성하여 만들어졌습니다. 이온성 액체는 국부적으로 ' 나노패턴 게이트 접촉으로 티탄산스트론튬으로부터 그림자를 만들어 수축을 생성했습니다. 이 연구에서 우리가 개선하고 싶었던 측면은 장애를 줄이는 것이었습니다."