1T‑CrTe₂/FeTe 이종구조에서 관측된 메이스너 효과와 비가역 전하 운반

초록

MBE로 성장한 1T‑CrTe₂/FeTe 이종구조는 ~12 K의 임계온도에서 초전도성을 나타내며, MFM을 통해 메이스너 효과가 확인되었다. 또한 비가역 전하 운반을 나타내는 큰 마그네토‑키랄 이방성 계수(γ)를 보이며, 이는 초전도 다이오드 효과 구현에 유리한 플랫폼임을 시사한다.

상세 분석

본 연구는 기존에 토폴로지컬 TI(예: (Bi,Sb)₂Te₃)/FeTe 이종구조에서만 보고된 인터페이스 유도 초전도 현상이 비토폴로지컬 1T‑CrTe₂와 FeTe 사이에서도 발생함을 실증한다. MBE 공정을 통해 1T‑CrTe₂(트라이앵글 격자)와 FeTe(사각 격자)의 격자 회전 대칭 차이를 극복하고, RHEED와 AFM, STEM‑EDS를 통해 원자 수준의 평탄한 계면을 확보하였다. 초전도 전이 온도 Tc는 CrTe₂ 층이 1 TL 이상, FeTe 층이 4 UC 이상일 때 나타나며, 두 층의 두께가 증가함에 따라 Tc는 12 K에 포화한다. 이는 초전도 전자가 인터페이스 근처에서 2차원적인 응집을 이루며, 두 물질의 전자 구조와 스핀 정렬이 상호작용함을 의미한다.

MFM 측정에서 2.5 K에서 관찰된 df‑z 곡선의 양의 전위 이동은 메이스너 효과를 직접 확인시켜 주며, 8 K에서의 MFM 이미지에서 약 10 µm 규모의 밝은‑어두운 영역은 초전도 초밀도(superfluid density)의 공간적 불균일성을 반영한다. 이러한 불균일성은 CrTe₂ 또는 FeTe 층이 얇을 때 더욱 뚜렷해져, 전기 전도 측정에서 zero‑resistance가 완전하게 나타나지 않는 현상과 일치한다. 그러나 온도가 Tc 이하로 내려가면 전역적인 위상 결맞음이 형성되어 전기 전도와 메이스너 효과가 동시에 관측된다.

비가역 전하 운반은 비대칭 구조와 외부 인플레인 자기장(H‖)에 의해 발생한다. 전류 I₀에 대한 2차 고조파 저항 R₂ω는 R₂ω/R₁ω ∝ γ·μ₀H‖·sinφ 형태로 나타났으며, γ는 기존 (Bi,Sb)₂Te₃/FeTe 시스템보다 현저히 큰 값을 보였다. γ는 전류 진폭이 커질수록 신호‑대‑노이즈 비가 향상되지만, 동시에 초전도 상태가 억제되어 최적 I₀≈500 µA(6.447 Hz)에서 측정하였다. 온도 의존성 분석에서 BKT 전이 온도 T_BKT≈11 K가 확인되었으며, T가 낮아질수록 γ가 증가해 초전도 다이오드 효과가 강화될 가능성을 시사한다. 전체적으로, 비토폴로지컬 1T‑CrTe₂/FeTe 이종구조는 인터페이스에서의 전하-스핀 결합과 비대칭성에 의해 강한 비가역 전하 운반을 구현할 수 있음을 보여준다.