[초전도체] 초전도체

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목차

초전도체의 정의와 발견
초전도체의 원리
초전도체의 응용
초전도체 제작과정

본문내용

1. 정의 & 발견
어떤 종류의 금속이나 합금을 절대영도 (0 K:-273.16 ℃)가까이까지 냉각하였을 때, 전기저항이 갑자기 소멸하여 전류가 아무런 장애 없이 흐르는 현상을 말하며 초전기전도 초전도라고도 한다. 초전도가 일어나는 온도는 금속에 따라 다르다. 예를 들면 수은에서는 4.2 K인데, 주석 니오브의 어떤 종류의 합금에서는 18 K에서 초전도현상을 일으킨다. 그러나 외부에서 강한 자기장이 작용하거나, 금속 내에 흐르고 있는 전류 자체에 의한 자기장이 어떤 한계를 넘으면 이 현상은 소멸되어 전기저항을 가진 보통 상태로 되돌아간다. 1911년 H.K.오네스가 수은을 액체헬륨으로 냉각시키면서 전기저항을 조사했더니 절대 영도보다 약간 높은 온도인 4.2 K(-269.2 ℃)에서 전기저항이 없어져 버리는 현상을 발견하고, 이를 초전도현상, 이러한 성질을 나타내는 물질을 초전도체라 하였다. 현재는 납 ·탈륨을 비롯하여 25종의 금속원소와 수천 종의 합금, 화합물에서 이 현상이 일어나는 것이 밝혀졌다.

2. 원리
BCS 이론
B.C.S 이론의 핵심은 두 개의 전자가 쌍(cooper pair)을 이룬 것이라고 할 수 있다. 전자가 쌍을 이룬다는 것은 한 개의 전자가 격자의 진동이나 불순물 등에 충돌하더라도, 또 다른 한 개의 전자가 조정기관 같은 역할을 하여 전자의 진로에는 영향을 미치지 않도록 하 는 것이다. 초전도 상태에서 전기저항이 '0' 이 되는 것은 cooper pair가 어느 정도의 평균 속도로 나아가고 있을 때 한 개의 전자가 저항을 받아도 쌍으로서는 전기저항을 받지 않는다 는 것이며 결국 평균속도는 떨어지지 않는다.
상식적으로 전자는 똑같이 (-)전하를 갖고 있기 때문에 서로 반발하는 일은 있어도 서로 끌어당겨 쌍을 이룬다는 것은 있을 수 없는 것처럼 보인다. 그러나 여기서 격자진동이라는 것이 중요한 역할을 한다. 최초의 전자가 통과한 후에 격자진동이 매체가 되어 이온핵의 (+)전하가 접근하여 무리를 이루고, 다음전자를 끌어당기는 것이다.
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