초전도 물질 이론

초전도 물질 이론

초전도는 전하가 저항 없이 물질을 통과하는 현상입니다.

과학자들은 최대 약 15도의 온도에서 저항 없이 전기를 전도하는 것처럼 보이는 신비한 물질을 만들었습니다.

 

 

초전도체는 일반적으로 대기압에서 작동하지만 매우 차갑게 유지되는 경우에만 작동합니다.

자기 공명 영상 기계에서 휴대전화 타워에 이르기까지 다양한 기술 응용 분야를 가지고 있고, 풍력 터빈용 고성능 발전기가 실험대상이 되었습니다.

 

물리학자들은 기존의 초전도를 이해하는 데 50년이 걸렸습니다.

1911년 3K에서 수은 샘플에서 전기 저항을 실험한 후 수은이 거의 ‘0’이라고 기록하여 초전도체를 네덜란드에서 처음으로 관찰하기 시작했습니다.

 

초전도 양자 역학

 

1920년대에는 양자 역학의 발전과 함께 초전도에 대한 설명할 수 있는 움직임이 시작되었고 이는 일반 금속 구조의 기본 모델을 제공했습니다.

 

 

 

각 금속에 고유한 임계 온도 이하에서는 전기 저항이 ‘0’으로 떨어지고 모든 전류는 거의 영원히 흐르게 되는데 정상적인 금속에서 이 움직임은 항상 예측할 수 있는 것은 아닙니다.

 

온도가 아무리 낮아도 임의의 열 변동이 전자를 산란시켜 전진 운동을 방해하고 에너지를 소산하여 전기 저항을 생성하기 때문입니다.

 

그러나 일부 금속이 절대 0도에 가까운 온도로 냉각됨에 따라 전자는 갑자기 고도로 정렬된 상태로 이동하여 경로를 벗어나지 않고 집합적으로 이동하게 됩니다.

 

초전도를 이용한 자기 부상 열차는 열차와 트랙 사이의 마찰을 사실상 제거하여 움직이는 것입니다.

즉, 초전도체가 자기장을 밀어내어 자석이 초전도체 위로 떠다니는 것을 말합니다.

 

하지만 강한 자기장이 발생함으로 건강에 위험할 수 있으므로 안전을 확인해야 합니다.

 

연구자들은 약 25년 전 일부 고온 초전도체가 전이 온도보다 높은 전자쌍을 형성할 수 있다는 것을 발견했습니다.

 

뮐러와 베드노르츠는 구리가 ‘도핑’되거나 그 구조를 구성하는 구리와 산소의 평행면에 란탄이나 바륨과 같은 이물질이 도입되었을 때 어떤 일이 일어나는지 조사했습니다.

 

외부 원자가 구리 원자 중 일부의 외부 전자를 풀어놓은 다음 격자를 통해 흐르고 있다는 것을 발견했습니다.

 

큐 프레이트가 도핑 방법에 따라 달라지는 온도로 충분히 냉각되면 전자는 자유롭게 흐르고 물질은 초전도성이 됩니다.

 

도핑된 큐 프레이트는 외부 원자가 단단한 체커 보드 패턴을 깨뜨려 스핀이 흔들릴 수 있는 공간을 제공합니다.

 

통과하는 전자는 기존의 초전도 격자 왜곡과 유사한 회전 패턴을 설정할 수 있습니다.

 

이 교란은 움직이는 전자를 함께 끌어와 Cooper 쌍으로 결합하여 초전도 상태를 달성할 수 있도록 합니다.

 

이렇게 초전도에 대해 간단하게 알아봤습니다.

아직 누구도 초전도에 대한 완전한 이해를 예측하지는 못합니다.

 

정확히 무엇을 설명해야 하는지 항상 명확하지도 않습니다.

 

연구자들은 양자 역학 도구를 이용하여 초전도의 비밀을 밝히려 했던 것처럼 미래에도 초전도 물질에 대한 연구를 지속했으면 합니다.