물리학과 김재훈 교수는 경북대 조연정 교수, IBS/성균관대 심경익 박사, 물리학과 최영재 교수 연구진과 공동 연구를 통해, 1960년대부터 이론적으로 가능성이 제시돼 왔지만 실험적으로 확인이 어려웠던 ‘갭리스(gapless, 무간극) 초전도 상태’를 나이오븀(Nb) 초전도체에서 구현하고, 자기장 하에서 초전도 에너지갭(superconducting energy gap)의 소멸과 초전도 질서함수(superconducting order parameter)의 변화 과정을 실험적으로 포착했다.

김재훈 교수 연구팀은 0.5 meV의 낮은 에너지까지 접근할 수 있는 테라헤르츠 분광법을 도입해 에너지갭 소멸 과정을 추적할 계획을 세웠다. 갭리스 초전도 상태를 구현하기 위해 먼저 온도를 1.5 K까지 낮추고 외부 자기장을 시편면 대비 수평 방향으로 인가하면서, 대표적인 초전도체인 나이오븀 박막(경북대 조연정 교수 연구진 제작)의 흡수 스펙트럼을 관찰했다.

김재훈 교수는 “무간극(갭리스)의 개념은 최근 각광받고 있는 위상 물성의 전자 구조와도 흥미로운 방향으로 연결돼 있어, 초전도체와 위상 물질의 이종 접합을 제작해 인접 효과를 찾아보는 연구에 직접적으로 기여할 수 있다.”며, “이를 통해 양자 컴퓨팅 및 양자 센서 소자의 설계와 특성 평가에 유용한 도움을 제공할 수 있을 것”이라고 기대를 나타냈다.

이번 연구는 삼성미래기술육성사업 및 한국연구재단의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 저명한 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 17.694)’에 5월 12일 온라인 게재됐다. 이지은 연구원(공동 제1저자), 경북대 최준영 연구원(공동 제1저자), 정택선 연구원, 김종혁 연구원, 최영재 교수, IBS/성균관대 심경익 박사(공동교신저자), 경북대 조연정 교수(공동교신저자), 김재훈 교수(공동교신저자)가 저자로 참여했다.

* 논문명: Gapless superconductivity in Nb thin films probed by terahertz spectroscopy