[물리학] 초전도체와 공학적 응용

소개글

초전도체에 관한 개괄적인 설명과

초전도 현상중 조셉슨 현상에 대해 좀더 다루었으며,

이를 응용하는 방법에 관한 글

목차

1. 초전도체 (Superconductor)

2. 초전도체의 성질
① 마이스너 효과 (Meissner effect)
② 조셉슨 효과 (Josephson effect)

3. 초전도 현상의 공학적 이용

4. 초전도 연구의 나아가야 할 방향

본문내용

앞서 살펴본 조셉슨 접합을 중심으로 초전도체의 응용 가능성을 생각해 보자.조셉슨 접합에서의 전류-전압 곡선을 살펴보면, 초전도체를 Active-Device로 사용할 수 있음을 짐작할 수 있다. 즉 전류가 흐르거나(on) 흐르지 않는(off) 현상을 이용하여 또 다른 전자소자로도 응용할 수 있을 것이라고 생각한다.그러나 이를 응용하기 위해서는 조셉슨 접합을 만들어야 하는데, 이를 제작하는 것이 쉽지가 않다. 우리가 사용하는 반도체 소자 중에 MOSFET이 있는데, 이 소자의 경우에는 Metal-Insulator-Semiconductor 접합을 사용한다. 이 경우에 부도체(Insulator)층은 SiO2를 주로 사용하는데, Si Wafer를 산소와 함께 Oxidation을 시켜주면 저절로 Si Wafer 표면에 SiO2 층이 생성되어 소자 제작에 있어 편리한 점을 갖고 있다. 그러나 초전도체의 경우 조셉슨 접합을 만들기 위한 부도체 층을 만들어주기가 까다롭다. 특히 YBCO계열의 초전도체의 경우 조셉슨 접합을 만들어 주면, 에너지 장벽이 낮아서 터널링 현상(Tunneling effect)이 일어나는 것이 아니라 마치 일반 금속을 접합시켜 놓은 것 같은 효과가 나타난다. 반면 현재 연구가 진행 중인 Bi2Sr2CaCu2O8+d(BSCCO)의 경우에는 자연적으로 조셉슨 접합이 만들어져 있다.< 샤피로 계단 >
또한 조셉슨 접합에서 쿠퍼쌍이 한쪽에서 다른 쪽으로 이동할 때 의 에너지가 인가되면 조셉슨 전류가 직류 전류가 되는데, 이 때 주파수-전압 관계를 위의 에너지로부터 계산할 수 있다. 이와 관련된 응용 역시 조셉슨이 제안하고, 샤피로(Shapiro)가 실험을 하였는데, 초단파장을 사용 시 나타난 전류-전압 곡선은 그림과 같다.

참고 자료

없음