磁束 兩者 ( 英語 : magnetic flux quantum )는 超傳導體에서 양자화된 磁束을 말한다. 磁束은 記號 Φ 로 標示되며 어떤 閉曲線을 通過하는 磁束(magnetic flux)은 磁氣場의 세기 B 와 閉曲線의 面積 S 의 곱 卽 Φ = B ? S 로 定義된다. 一般的으로 B 와 S 는 모두 任意의 값을 가질 수 있고 따라서 Φ 도 任意의 값을 가진다. 그런데 閉曲線 形態의 超傳導體나 구멍이 있는 超傳導體 의 境遇에는, 이러한 구멍이나 閉曲線을 通過하는 磁束이 양자화된다. 磁束 兩者 Φ ₀ = h /(2 e ) ? 2.067 833 848 ... × 10 ^-15 Wb는 플랑크 常數 h 와 電子 殿下 e 와 같은 基本的인 物理 常數의 組合이다. 따라서 磁束 量子의 값은 超傳導體의 種類에 關係없이 모든 超傳導體 에서 同一한 값이다. 磁束이 양자화되는 現象은 1961年 B. S. 디버 (B.S.Deaver)와 W. M. 페어뱅크 (W.M.Fairbank) ^[1] 및 R. 돌(R. Doll)과 M. 네바우어(M. Nabauer) ^[2] 에 依하여 各各 獨立的으로 實驗에 依하여 發見되었다. 磁束의 量子化는 리틀 팍스 效果 (Little-Parks effect)와 密接한 關係가 있는데 일찍이 1948年 프리츠 런던 이 現象學的 모델(phenomenological model)을 使用하여 豫測했다.

磁束 量子의 歷數 값, 1/Φ ₀ 는 조셉슨 常數 라 불리며 K _J 로 標示된다. 이것은 조셉슨 效果 의 比例 常數로, 조셉슨 接合 에서의 電位差 를 그 調査 周波數 와 관련짓는 係數이다. 조셉슨 效果는 電壓을 高精密로 測定하는 標準을 提供하기 위하여 매우 널리 使用되며, 1990年 以來로 조셉슨 常數의 協定값(conventional value)으로 K _J-90 으로 表記되는 常數와 關聯되어 있다. 한便 2019年 SI 基本 單位의 再定義 에 依하여 조셉슨 常數 K _J = 483 597 .848 416 98 .... GHz·V ^-1 의 嚴密한 값을 가지며 旣存의 K _J-90 값을 代替한다.

槪要 [ 編輯 ]

超傳導體 各 地點에서의 超傳導 特性은, 超傳導體의 오더 파라미터(order parameter)인 量子力學의 複素數 波動 函數 Ψ( r , t ) 에 依하여 表現된다. 모든 複素數 函數 Ψ 는 Ψ = Ψ ₀ e ^{i θ} 로 表記될 수 있는데, 여기서 Ψ ₀ 은 振幅이고 θ 는 位相이다. 位相 θ 를 2π n 變更시키더라도 Ψ 는 變化하지 않으므로 그 物理的 特性도 變化하지 않는다. 그런데 구멍이 있는 超傳導體 或은 루프나 실린터 形象의 超傳導體와 같이 트리비얼(trivial) 하지 않은 토폴로지를 갖는 超傳導體에서, 位相 θ 는 구멍이나 루프의 周圍를 한바퀴 돌면서 어떤 값 θ ₀ 로부터 θ ₀ + 2π n 까지 連續的으로 變更될 수 있으므로, 이때에는 하나의 홀이나 루프에 갖혀 있는 n 個의 磁束 兩者를 갖게 된다.

마이스너 效果 로 因해 超傳導體 內部의 自己 誘導 B 는 0이다. 좀 더 嚴密하게 말하면, 磁氣場 H 는 런던의 磁氣場 浸透 깊이 ( λ _L 로 標示되고 一般的으로 ? 100 nm )로 불리는 짧은 距離에 걸쳐 超傳導體로 浸透한다. 스크리닝 電流도 表面 近處의 λ _L 層에서 흘러서 超傳導體 內部에 磁化 M 을 生成하고, 이것이 加해진 自戒 H 와 完全히 相殺하여, 結果的으로 超傳導體 內部에서 B =0 가 된다.

루프나 홀 (그리고 그것의 λ _L 層)에 凍結되어 있는 磁束은 恒常 양자화된다는 點에 留意해야 한다. 그런데 磁束 量子의 값은, 위에서 말한 홀 周圍의 經路가 超傳導體 內部에서 스크리닝 電流가 없는 區域, 卽 表面으로부터 數 λ _L 떨어진 內部에 있을 때에만, Φ ₀ 와 同一하게 된다. 이러한 條件을 充足할 수 없는 幾何學的 構造가 있는데, 例를 들어 매우 얇은 ( ≤ λ _L ) 超傳導 線으로 만들어진 루프 또는 類似한 두께의 障壁을 갖는 圓筒이 있다. 後者의 境遇 磁束은 Φ ₀ 와 相異한 값의 養子를 갖는다.

磁束 兩者는 現在 가장 敏感한 磁力計 中 하나인 SQUID 의 核心 아이디어이다.

磁束의 量子化는 II型 超傳導體 의 物理學에서도 重要한 役割을 한다. 홀이 없는 超傳導體가 最初 臨界 自戒 H _c1 와 두番째 臨界 自戒 H _c2 의 中間 값을 가지는 磁氣場 內에 配置되면, 磁氣場은 아브리코소프 渦流 의 形態로 超傳導體 內部로 一部 浸透한다. 아브리코소프 渦流는, 超傳導 코히어런스 길이인 ξ 程度의 지름을 갖는, 正常(非超傳導體) 上(phase)의 圓筒으로 構成되고, 이러한 正常 코어는 超傳導 床에서 홀의 役割을 한다. 磁氣場 線은 正常 코어를 따라서 全體 샘플을 通過한다. 스크린 煎類는 코어의 λ _L 附近에서 循環하여 코어의 磁氣場으로부터 나머지 超傳導體를 遮斷한다. 全體的으로, 이러한 아브리코소프 渦流 各各은 하나의 兩者 磁束 Φ ₀ 을 運搬한다. 理論的으로는 구멍 黨 하나 以上의 磁束 兩者를 갖는 것도 可能하지만, n > 1 의 값을 갖는 아브리코소프 渦流는 不安定하여 n = 1 人 여러 個의 渦流로 分離된다. ^[3] 그런데 實際의 구멍에서 n > 1 狀態는, 實際 구멍이 여러 個의 작은 구멍으로 나뉠 수 없어 安定하게 된다.

磁束의 測定 [ 編輯 ]

磁束 兩者는 조셉슨 效果 (Josephson effect)를 利用하여 매우 精密하게 測定 될 수 있다. 폰 클리칭 常數 R _K = h / e ² 의 測定과 結合하면 現在까지 얻은 플랑크 常數 h 의 가장 正確한 값을 얻을 수 있다. 이러한 結果는, h 값이 一般的으로는 微視的으로 작은 시스템의 擧動과 關聯되어 있으며 反面에 超傳導體의 磁束의 量子化와 兩者 홀 效果 는 모두 熱力學的 으로 多數의 粒子와 關聯되어 發現되는 現象 이므로 直觀에 반한다.

같이 보기 [ 編輯 ]

• 브라이언 조셉슨
• 科學技術 데이터委員會
• 도메인 壁 (自己)
• 플럭스 피닝
• 긴즈버그-란다우 理論
• 후시미 Q 表現
• 巨視的 兩者 現象
• 自省 도메인
• 自己 單極
• 兩者 소용돌이
• 位相學的 缺陷
• 폰 클리칭 常數

各州 [ 編輯 ]