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admin

2017-01-16 13:00:47

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초전도[superconductivity]

일반적으로 금속의 전기저항은 온도를 내리면 감소하지만, 절대영도 부근에 냉각해도 그 재료고유의 저항이 잔류한다. 그런데 어느 종의 재료는 일정온도 (Tc)에서 돌연 전기저항이 완전히 소실하는 초전도상태로 전이한다. 이 초전도선에서 그림에 나타난 닫힌 코일(회로)을 만들면 일단 코일에 흐른 전류는 외부의 전원을 끊어도 전혀 감쇠하지 않고 계속 흐르는 영구전류현상을 나타내고 있다. 또 초전도체는 자속선을 배제하는 완전반자성(마이스너효과)이라는 성질을 가지고 있다. 이들 두가지 특징은 초전도를 이용한 각종 신기술 개발에 이용되고 있다.

초전도상태에는 전술한 임계온도 Tc 외에 임계한계 Hc, 임계전류밀도 Jc의 세 임계값이 있고, 실용상은 이들 임계값이 모여서 높은 것이 요구된다. 초전도현상은 1911년 수은에 대해 발견되었으나, 1950년대 후반에 Hc가 높은 니오브계의 합금이 발견되었다. 후에 이들 합금은 선재화(線材化)로서 초전도코일이 제작되어 MRI의료진단장치, 자기부상열차, 초전도발전기, 핵융합장치 등에 이용되었다. 또 1962년에 발견된 조지프슨효과를 이용한 초전도 박막소자가 계측이나 정보분야에 응용되고 있다.

1986년 액체질소온도 이상의 Tc를 가진 이트륨계 구리산화물 등의 고온초전도체가 발견되어 현재 Tc는 134K까지 높이고 있다. 이들 고온초전도의 선재화가 진행되어 송전케이블 등에 응용되고 있으나, 자기장 하에서 Jc 특성의 개선이 과제로 되고 있다. 또 박막소자에 대한 개발도 진행되고 있다. 초전도상태에서는 두 전자(캐리어)가 페어를 짜서 서로 에너지를 주고받기 때문에 일반적인 재료 내 전기저항의 원인이 되는 결함 또는 불순물이 있어도 저항을 받지 않고 흐를 수 있다. 이것은 축구에서 두 선수가 서로 공을 패스하여 진행하는 상태로 그 예를 든 것이다.