[Sep 23, 2013] 이후종 교수 연구실 - Complete gate control of supercurren

[Sep 23, 2013] 이후종 교수 연구실 - Complete gate control of supercurrent in graphene p–n junctions

Nature Communications 4, 2525 (2013)

 그래핀을 기반으로 한 조셉슨접합에서는 디락점에서도 초전류가 완벽하게 차단되지 않아 초전류 스윗칭이 불완전하며, 이는 그래핀을 초전도양자소자에 응용하는 데 큰 걸림돌이 되고 있다. 이후종교수 연구팀 (양자전도-초전도연구실)은 단원자층 그래핀 상단에 부분적으로 top gate를 위치시킨 초전도 그래핀접합소자에 게이트전위만으로 p-n 극성을 형성하여, 접합초전류가 완전히 차단되는 초전류스위칭을 최초로 실현하였으며，그　결과를　Nature Communications (2013년 9월 23 일)에 게재 하였다　(저자: 최재현, 이길호, 박성훈, 정동찬, 이정오, 심흥선, 도용주, 이후종). 접합초전류의 완전한 차단은 그래핀에 형성되는 ripple이 만들어내는 유사자기장에 의해 무작위적인 초전도 위상어긋남이 발생하기 때문임을 밝혔다. 또한, 전기적 게이팅만을 이용해 조셉슨접합에 존재하는 양자초전도상태를 임의로 조절할 수 있음을 보여, 그래핀을 이용한 초전도 양자소자 개발/연구에 새로운 이정표가 될 것으로 기대되고 있다.

 In a conventional Josephson junction of graphene (JJG), the supercurrent is not turned off even at the charge neutrality point, impeding further development of superconducting quantum information devices based on graphene. Here, we fabricate bipolar JJGs, in which a p-n potential barrier is formed in graphene with two closely spaced superconducting contacts, and realise supercurrent ON/OFF states using electrostatic gating only. The bipolar JJGs also show fully gate-driven macroscopic quantum tunnelling behaviour of Josephson phase particles in a potential well, where the confinement energy is gate-tuneable. We suggest that the supercurrent OFF state is mainly caused by a supercurrent dephasing mechanism due to a random pseudomagnetic field generated by ripples in graphene, in sharp contrast to other nano-hybrid Johsephson junctions. Our study would pave the way for the development of entirely new gate-tuneable superconducting quantum information devices.