이후종 교수 연구실 고온초전도 조셉슨볼텍스를 이용한 테라헤르쯔파 발진 기법 개발

이후종 교수 연구실 고온초전도 조셉슨볼텍스를 이용한 테라헤르쯔파 발진 기법 개발
양자전도/초전도연구실 홈페이지:  http://qtsl.postech.ac.kr

        최근 들어 파장이 적외선과 마이크로파 사이에 속하는 테라헤르쯔파에 대한 수요가 급격히 증가하는 추세에 있다. 이는 가시광선이 투과하지 못하는 물질 내부를 테라헤르쯔파가 투과할 수 있어 옷 속에 감춰진 흉기의 탐지나 물질의 비파괴 검사에 이용될 수 있으며, 엑스선 보다 훨씬 안전하게 생체세포 영상 촬영을 가능하게 하는 등 의학적으로 이용될 수 있음은 물론 초고속 통신 등에도 활용될 수 있기 때문이다. 그러나 이러한 급격한 수요 증가에도 불구하고 테라헤르쯔파의 발진 기법은 다른 주파수 대역의 전자기파 발진에 비해 아직 제대로 개발되지 못한 상태에 있어, 테라헤르쯔파 발진 기법의 개발이 국제적으로 치열한 경쟁 속에  경주되어 왔다.
        이러한 노력이 최근 이후종 교수 연구실에서 결실을 거두었다. 본 연구실의 이후종 교수와 배명호 박사 등은 비스무스계 고온초전도  단결정에 나노 스케일로 매우 치밀한 층상구조로 형성되는 조셉슨접합을 초미세 가공한 후, 외부자기장 하에서 발생되는 조셉슨 자기 볼텍스를 투과 전류를 이용하여 조셉슨접합 내에서 초고속으로 이동시킴으로써 테라헤르쯔 주파수의 전기장의 발진을 유도하였으며, 이를 조셉슨접합 끝의 경계면에서 테라헤르쯔파로 전환하는 기법을 개발하였다 [첨부 개념도 참조].  또한 같은 종류의 비스무스계 조셉슨접합 적층 구조를 탐지소자로 이용하여 테라헤르쯔파의 발진에 따른 샤피로 계단을 감지함과 동시에 발진파의 주파수와 출력을 정확히 결정하는 데 성공함으로써 고온초전도체를 이용한 테라헤르쯔파의 발진을 세계 최초로 명쾌하게 입증하였다. 이 때 발진된 테라헤르쯔파는 레이저광과 같은 결맞음 특성을 지니며, 연속파이고, 주파수를 임의로 조절할 수 있다는 큰 장점을 지닌다. 소자 설계의 최적화를 통해 현재 확인된 수 십 나노와트 수준의 출력을 응용이 가능한 밀리와트 수준으로 향상시키는 것이 가능하며, 이 결과는 테라헤르쯔 발진 소자 개발에 크게 기여할 것이 예상된다.  이 연구 성과는  Physical Review Letters 1월 8일자 인터넷 판에 발표됨과 동시에 동 논문집 편집자의 추천 논문 중 하나로 선정되었다.   테라헤르쯔 발진은 고온초전도체를 이용한 가장 중요한 소자 응용으로 인식되고 있다.