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CVD 다이어몬드 필름의 초전도성

전문가 제언: ○ 모든 보석의 왕좌를 차지하는 다이아몬드는 과학기술적 측면에서도 놀랄만한 성질이 있다. 탄소의 결정체인 다이아몬드는 모든 물질 중에서 경도와 상온 열전도율이 가장 높고 화학적 내성이 강하다.

○ 전기적으로 절연체인 다이아몬드는 투명도가 높으며 붕소 등을 도핑하면 반도체가 된다. 붕소농도를 증가하면 금속으로 전이하고 저온에서 초전도성이 나타난다. 이 논문은 화학증기증착(CVD)으로 제조한 붕소 도핑 다이아몬드 박막의 기본 초전도성을 자세히 기술한다.

○ 다이아몬드 합성에는 천연 다이아몬드가 생성된 조건과 비슷한 10만 기압의 고압과 2,500℃ 이상의 고온이 필요하다. 금속 촉매를 사용하는 새로운 공정 등이 개발되었으나 역시 상당한 고압과 고온에서 절삭공구 등에 사용되는 산업용 다이아몬드가 생산된다.

○ 이 논문에서 다루는 CVD 다이아몬드는 박막형태이다. 붕소농도를 조절하기가 고압고온(HPHT)공정 보다 훨씬 쉽다. CVD 다이아몬드는 초전도 전이온도(TC)가 10K 이상으로 HPHT법으로 합성한 단결정 다이아몬드 보다 월등히 높다.

○ 붕소 도핑 다이아몬드의 물리적 성질은 이 물질이 전자-포논 상호작용에 의해서 초전도성이 나타나는 BCS 초전도체임을 보여준다. 자기장을 걸어주면 혼합 상태가 되는 제2종 초전도체로 조셉슨 효과도 나타난다.

○ 다이아몬드 초전도체는 전자공학적 응용에서 특히 흥미롭다. 붕소농도를 조절하여 반도체와 초전도체 박막을 제조할 수 있으므로 여러 가지 새로운 디바이스의 개발가능성이 있다. TC가 10K 이상이므로 액체헬륨을 사용하지 않아도 되는 점도 실용화 단계에서 유리하다.

○ 탄소의 동소체 중에서 다이아몬드, 흑연, C60은 초전도체이므로 최근 활발한 연구가 진행 중인 탄소나노튜브에서도 초전도성이 발견될 것으로 기대된다. 다이아몬드와 결정 구조가 비슷한 Si, Ge도 초전도체가 될 가능성이 훨씬 커졌다.

저자: Y Takano
자료유형: 학술정보