상온 초전도체, 초전도 현상 저온공학의 시작이라고?

저온공학의 시작, 초전도 현상 발견

저온공학의 탄생과 초전도 현상의 발견은 현대 과학의 중요한 이정표입니다. 오랫동안 과학자들은 극저온에서 전자의 행동에 대해 논란을 빚어왔습니다. 저온에서의 전자 행동을 이해하기 위해 여러 가설들이 제시되었고, 이에 따른 연구들이 이어져 초전도 현상의 본질을 밝혀내게 되었습니다. 이 글에서는 초전도 현상의 역사와 중요성에 대해 알아보도록 하겠습니다.

초전도

초전도 현상의 이해

 

과학자들은 극저온에서의 전자 행동에 대해 서로 다른 의견을 제시했습니다. 이들 의견은 크게 세 가지로 나뉘었습니다.

 

1. 저항이 존재할 것이라는 의견: 일부 과학자들은 다른 온도 범위와 마찬가지로 극저온에서도 어느 정도의 전기 저항이 남아있을 것이라고 주장했습니다.

 

2. 전기저항이 완전히 사라질 것이라는 의견: 다른 의견은 고체를 이루는 격자 진동이 완전히 사라져서 전기 저항이 0 Ω이 될 것이라고 주장했습니다.

 

3. 전자들이 얼어붙어 저항이 증가할 것이라는 의견: 일부 과학자들은 전자들이 얼어붙어 저항이 증가할 것이라고 예측했습니다.

 

초전도성의 발견

1908년, 네덜란드의 과학자 헤이커 카메를링 오너스는 액체 헬륨을 4.2K의 온도에서 만들어냈습니다. 이어서 오너스는 저온에서의 전자 행동을 연구하기 시작했습니다.

 

1911년, 오너스는 4.19K의 온도에서 수은의 전기저항이 급격하게 감소하는 현상을 발견했습니다. 이 현상은 너무 낮은 저항값으로 인해 일반적인 측정법으로는 측정하기 어려웠습니다. 그러나 폐회로를 만들어 전류의 계속적인 존재를 확인하며 이 현상을 연구하였습니다.

 

마이스너 효과의 발견

1933년, 독일의 물리학자 프리츠 발터 마이스너와 로버트 오쉔펠트는 주석과 납 시료에서 초전도체 내부로 자기장이 침투하지 않는 현상을 실험적으로 발견했습니다. 이는 마이스너 효과로 알려져 있으며, 초전도체의 특성을 이해하는 데 중요한 역할을 하였습니다.

초전도 현상

양자역학과 BCS 이론의 등장

1957년, 미국의 물리학자 존 바딘, 리언 쿠퍼, 존 로버트 슈리퍼는 초전도 현상에 대한 이론적 설명을 최초로 성공적으로 제시하였습니다. 이 이론은 바로 "BCS 이론"으로 불리며, 이들 연구자의 이름을 따서 지어졌습니다. 이 이론은 초전도체 내에서의 전자들의 짝지어진 상태를 설명하고 이를 "쿠퍼쌍"이라고 명명하였습니다.

 

1972년, 이들은 이 공로로 노벨 물리학상을 수상하게 되었습니다.

 

초전도체의 응용과 상용화

1954년, 18K에서 동작하는 Nb3Sn 초전도체가 발견되었습니다. 이 초전도체는 강력한 자기장에 견딜 수 있는 성질을 가지고 있어 자기 공학 및 응용 분야에서 활용되었습니다. 또한 9.7K에서 동작하는 NbTi 초전도체도 발견되었는데, 이는 금속재료로서 가공이 용이하면서도 인발이 가능하다는 장점을 지니고 있습니다.

 

1983년에는 MRI용 초전도 전자석이 상용화되었으며, 이는 의료 분야에서 혁신적인 발전을 이루었습니다.

 

최근 LK-99 때문에 오늘은 초전도체에 대해 알아보았습니다~

 

후니호호 였습니다.