마법각 그래핀에서 소용돌이 검출

초록

마법각 4층 트위스티드 그래핀에 게이트로 조절 가능한 조셉슨 접합을 만들고, 약한 자기 스크리닝 특성을 이용한 비표준 프라노케르 패턴을 관찰했다. 패턴에 나타나는 급격한 점프는 리드에 소용돌이가 진입·퇴출하는 현상으로 해석되며, 이를 통해 런던 침투 깊이와 소용돌이 에너지 스케일을 추정했다.

상세 분석

본 연구는 마법각 트위스티드 4층 그래핀(MA‑T4G)이라는 초박형 2D 초전도체에 게이트로 정의된 조셉슨 접합(JJ)을 구현한 뒤, 수직 자기장 B 하에서 임계 전류 I_cj(B)의 간섭 패턴을 정밀히 측정하였다. 두께 d≈1 nm인 초박형 필름은 λ_L(런던 침투 깊이)보다 훨씬 얇아 전자기 스크리닝이 거의 없으며, 따라서 전류가 흐르는 가장자리에서 필드가 전면적으로 침투한다. 이 경우 전통적인 Fraunhofer 패턴의 주기 ΔB=Φ₀/(2λ_L+L_j)W 대신, 필드가 전면에 침투한 면적 W²에 의해 Φ_W=BW²가 흐르므로 ΔB≈Φ₀/W²≈3 mT가 된다. 또한 위상 차 Δγ(y)∝sin(πy/W) 형태가 되어, 최대 전류의 감쇠가 1/B가 아니라 1/√B로 느리게 감소한다. 이러한 비표준 패턴은 Bessel 함수 J₀