古典 電磁氣學

電氣   · 自己

靜電氣學 殿下 쿨롱 法則 電氣場 便僞裝 電氣 船速 가우스 法則 前衛 靜電氣 誘導 電氣 雙極子 모멘트 偏極 密度 誘電率 映像法

靜磁氣學 앙페르 回로 法則 電流 磁氣場 磁氣化 透磁率 自己 船速 비오-사바르 法則 磁氣 모멘트 가우스 自己 法則

電氣力學 로런츠 힘 起電力 電磁氣 誘導 패러데이 法則 渦電流 렌츠의 法則 變位 電流 맥스웰 方程式 電磁氣場 리에나르-비헤르트 퍼텐셜 맥스웰 變形力 텐서 뒤처진 퍼텐셜 豫피멘코 方程式

電氣 回路 電氣抵抗 電氣容量 傳導率 誘導係數 온저항 反應抵抗 어드미턴스 電力

공邊 公式 電磁氣場 텐서 4次元 電流 電磁氣 퍼텐셜

科學者 가우스 길버트 로런츠 맥스웰 베버 볼타 비오 앙페르 옴 외르스테드 쿨롱 키르히호프 테슬라 패러데이 포인팅 헤르츠 헤비사이드 헨리

v t e

超傳導 現象 (超傳導現象, 英語 : superconductivity )은 臨界 溫度 (critical temperature,Tc) 以下의 超低溫에서 金屬, 合金, 半導體 또는 有機 化合物 等의 電氣 抵抗 이 갑자기 없어져 電流가 障礙 없이 흐르고 外部 磁氣場 과 反對方向의 磁氣場을 形成하는 反磁性 (diamagnetism)을 띄게 되는 現象을 가리킨다. 이러한 超傳導 現象이 일어나는 物質을 超傳導體 (超傳導體, 英語 : superconductor )라고 부른다. 超傳導 現象이 일어나는 物質은 外部 磁氣場을 밀쳐내거나 電氣 電流가 흐르는데 抵抗이 發生하지 않는 等의 性質을 보이는 것으로 大體로 그 物質의 溫度가 零下 240 ˚C 以下로 매우 낮거나 九里 나 은 과 같은 導體 의 境遇에는, 不純物이나 다른 缺陷으로 인해 抵抗이 어느 값 以上으로 減少하지 않는 限界가 있다. 絶對零度 近處에서도 實際 九里 試料의 抵抗은 0이 아닌 값을 가지게 된다. 反面 超傳導體의 抵抗은 溫度가 " 臨界 溫度 " 값보다 아래로 내려가면 갑자기 0으로 떨어진다. 超傳導 戰線으로 된 고리를 흐르는 電流 는 電源 供給 없이도 繼續 흐를 수 있다. 强磁性 이나 原子 스펙트럼 準位 처럼, 超傳導는 量子 力學 的인 現象이다. 超傳導는 單純히 古典 物理의 理想的인 " 完全 導體 "(perfect conductor) 槪念으로는 說明될 수 없는 現象이다.

超傳導는 다양한 種類의 物質에서 나타나는데, 主席 이나 알루미늄 과 같이 한가지 元素로 된 物質에서도 일어나고, 다양한 金屬 合金 이나 도핑된 세라믹 物質에서도 나타난다. 한便 超傳導는 金 이나 은 과 같은 貴金屬 에서는 나타나지 않으며, 純粹한 强磁性 金속에서도 나타나지 않는다.

1986年에는 구리- 페로브스카이트 (perovskite) 界 세라믹 物質에서 臨界 溫度가 90 K( 켈빈 )을 넘는 高溫 超傳導體 가 發見되었는데, 이 때문에 超傳導體 硏究가 다시 活性化되는 契機가 되었다. 純粹한 硏究 主題로서, 이런 物質들은 超傳導體를 說明하는 旣存 理論으로는 說明되지 않고 있다. 게다가, 超傳導 狀態가 經濟的인 面에서 重要한 基準이 되는 溫度인 液體 窒素 의 沸騰點 (77 K)보다 높은 溫度에서도 나타남에 따라, 좀 더 많은 商業的 應用 可能性이 열리게 되었다.

性質 [ 編輯 ]

超傳導體의 卑劣 이나 超傳導性이 깨질 때의 臨界 溫度, 臨界 磁氣場, 臨界 電流 密度와 같은 大部分의 性質은 物質마다 다르다.

그러나 한便으로는, 物質이 무엇이냐에 相關없이 超傳導體이면 共通的으로 가지는 性質들이 있다. 例를 들면 모든 超傳導體는 磁氣場이 없을 때 작은 電流에 對해 正確히 0人 電氣 抵抗을 가진다. 이러한 '共通的인' 性質은 超傳導性이 하나의 熱力學的인 賞 이며, 物質의 微視的인 構造에 獨立的인 특정한 性質을 가진다는 것을 暗示한다.

直流 電流에 對한 超傳導 (完全 導體) [ 編輯 ]

試料의 電氣的인 抵抗을 測定하는 가장 簡單한 方法은 그 物質을 電氣 回路 에서 電流院과 直列로 連結한 뒤 電流 I 를 供給하고 試料 洋緞에 認可되는 電壓 V 를 測定하는 것이다. 試料의 抵抗은 옴의 法則 에 따라 ${\displaystyle R=V/I}$로 주어진다. 萬若 電壓이 0이라면, 이것은 抵抗이 0임을 의미하며 그 試料는 超傳導 狀態에 있는 것이라고 할 수 있다

또한 超傳導는 電壓이 認可되지 않은 狀態에서도 電流를 維持할 수 있다. 이런 性質은 磁氣共鳴映像 과 같이 超傳導 電磁石 을 利用하는 곳에서 使用된다. 實驗에 依하면 超傳導 코일은 測定 可能한 減少 없이 電流를 몇 年씩 維持할 수 있는 것으로 나타났다. 實驗에 依하면 이런 電流의 有效 壽命은 最小限 10萬 年이며, 理論的으로는 宇宙 의 壽命보다도 길 것으로 評價된다.

一般的인 導體에서는, 煎類는 電子 가 무거운 이온 格子 사이를 움직여 가는 것으로 表現된다. 電子들은 이온과 格子에 繼續 衝突하며, 各各의 衝突에서 電流에 依해 傳達되던 에너지 의 一部가 格子로 吸收되고 熱 로 變換된다. 이것이 이온 格子의 運動에너지 이다. 結果的으로 電流에 依해 運搬되던 에너지는 漸漸 흩어진다. 이것이 電氣的 抵抗이 일어나는 現象이다.

超傳導體에서는 狀況이 다르다. 一般的인 超傳導體에서 電流의 흐름은 各各의 電子의 움직임으로 分離될 수 없다. 그 代身 前者는 쿠퍼 雙 으로 묶이며, 이는 포논 의 交換에 依한 電子들 사이의 引力으로 생긴다. 量子力學 에 依해, 쿠퍼 雙 의 흐름은 에너지 스펙트럼 에서 띠틈 을 만들어내는데, 이는 電子의 흐름을 흥분시키기 위해서는 最小限 ΔE 만큼의 에너지가 必要함을 의미한다. 그러므로, 萬若 ΔE 가 kT 로 주어지는 格子의 熱 에너지 보다 크다면 ( k 는 볼츠만 常數 이고 T 는 溫度이다), 前者는 格子에 依해 産卵되지 않게 된다. 그러므로 쿠퍼 雙은 初有體 를 이루며, 이는 에너지 損失없이 흐를 수 있다는 것을 의미한다고 볼 수 있다.

모든 種類의 高溫 超傳導體 를 包含하는 2種 超傳導體 는 超傳導 相轉移의 近方에서 電流가 그 電流로 인해 發生할 수도 있는 剛한 磁氣場과 함께 加해졌을 때 아주 작은 量의 比抵抗을 보인다. 이것은 電子 超流體의 소용돌이(vortex)에 依한 것으로서, 電流에 依해 傳達되는 에너지의 一部를 흩뜨린다. 萬若 電流가 充分히 작다면, vortex는 停止해있고 比抵抗은 사라진다. 이 效果에 依한 抵抗은 超傳導體가 아닌 物質이 보이는 抵抗에 비하면 아주 작지만, 敏感한 實驗을 할 때에는 考慮해야 한다. 그러나, 溫度가 超傳導 相轉移에서 더 멀어짐에 따라, 이러한 渦動들은 不規則하지만 固定되어 있는 "渦動 有利"( 英語 : vortex glass )라는 床으로 變할 수 있다. 이러한 渦動 有利 相轉移 溫度 아래에서는 超傳導體의 抵抗이 0이 된다.

超傳導 上典이 [ 編輯 ]

超傳導 狀態는 物質의 溫度가 超傳導 相轉移가 일어나는 臨界 溫度 T _c 以下로 내려갈 때 나타난다. 臨界 溫度의 값은 物質에 따라 다르다. (高溫 超傳導體가 아닌) 一般 超傳導體들은 普通 20 K에서 1 K 以下까지의 값을 가진다. 例를 들어 固體 輸銀 은 4.2 K의 臨界 溫度를 가진다. 現在까지 發見된 (高溫 超傳導體가 아닌) 一般 超傳導體들의 臨界溫度는 2001年에 發見된 이崩化 마그네슘 에서 보이는 39 K이 最高이다. (但 이 物質이 보여준 性質 때문에 이崩化 마그네슘을 一般 超傳導體로 分類할 것이냐에 對해서는 論難이 있다.) 九里界 超傳導體는 훨씬 높은 臨界 溫度를 가지는데, 最初로 發見된 九里界 超傳導體 中의 하나인 YBa ₂ Cu ₃ O ₇ 의 臨界 溫度는 92 K이며, 水銀을 包含한 九里界 超傳導體는 臨界溫度가 130 K을 넘는 것도 있다. 이런 높은 臨界 溫度에 對한 確實한 理論的 說明은 알려져 있지 않다. 一般 超傳導體는 포논 의 交換에 依한 電子 雙의 形成으로 說明되지만, 最近 發見된 高溫 超傳導體에 對해서는 이 說明이 맞지 않는다.

超傳導性이 나타날 때는 다양한 物理量의 갑작스런 變化가 隨伴되는데, 이것은 上典이 의 特徵이다. 例를 들어, 電子에 依한 卑劣 은 一般的으로 溫度에 1勝에 比例한다. 그러나 超傳導 相轉移를 할 때에 卑劣값은 갑자기 뛰어오르고 그 以後로는 더 以上 1勝에 比例하지 않고 e ^{?α / T} 에 比例하게 된다. (α는 物質에 따라 定해지는 常數) 이런 樣相은 띠틈 의 存在에 對한 證據이다.

超傳導 相轉移의 上典이 次數 는 論難의 對象이다. 實驗 結果로 보면 超傳導 相轉移들은 潛熱 이 없는 2次 相轉移人 것으로 보인다. 그러나 1970年 代의 計算에 依하면 超傳導 上典이는 1次 相轉移인데 電磁氣場의 長距離 搖動에 依한 效果 때문에 弱하게 보이는 것일 수도 있다. 最近에서야 無秩序 章 理論 (disorder field theory)의 도움으로 소용돌이 끈 (vortex line)李 超傳導性에 重要한 役割을 하며, 超傳導 上典이는 type I 領域에서는 1次이고 type II 領域에서는 2차이며 두 領域은 三重點 에 依해 分離된 것이 보인 바 있다.

마이스너 效果 [ 編輯 ]

超傳導體가 弱한 外部 磁氣場 H 안에 놓이게 되면, 磁氣場은 超傳導體를 完全히 透過하지 못하고 大略 두께 λ 만큼만 透過하게 된다. 이 두께를 런던 透過 깊이 ( London penetration depth )라고 하는데, 超傳導體에 들어간 磁氣場은 이보다 더 깊은 곳에서는 急激히 減殺하여 0이 된다. 이것을 마이스너 效果 라 하며, 超傳導體의 重要한 性質 中의 하나이다. 大部分의 超傳導體의 境遇에 런던 透過 깊이는 100 nm 程度이다.

마이스너 效果는 때때로 理想的인 導體에서 나타나는 反磁性 의 一種과 混同하기 쉬우나, 다른 效果이다. 렌츠의 法則 에 따르면, 傳導體에 變化하는 磁氣場이 加해지면 傳導體 電流가 誘導되면서 加해진 磁氣場의 反對 方向으로 磁氣場이 생긴다. 理想的인 導體에서는 흐를 수 있는 電流의 값에 制限이 없으며, 이 電流로부터 誘導된 磁氣場은 外部에서 加해진 磁氣場을 正確히 相殺시킨다. 그러나 超傳導體는 磁氣場이 變化하든 變化하지 않든 모든 種類의 磁氣場을 밀쳐낸다. 卽, 일정한 磁氣場이 加해지고 있더라도 磁氣場을 밀쳐낸다. 物質이 臨界 溫度 以下로 冷却되면, 物質의 內部 磁氣場이 갑작스레 밀쳐지는 現象이 나타나는데, 이것은 렌츠의 法則과 無關하다.

마이스너 效果는 프리츠 론돈 ( 獨逸語 : Fritz London )과 하인츠 론돈 ( 獨逸語 : Heinz London ) 兄弟가 理論的으로 說明하였다. 超傳導體에서 電子奇跡 自由 에너지 는 아래와 같은 境遇에 最少化가 된다.

${\displaystyle \nabla ^{2}\mathbf {H} =\lambda ^{-2}\mathbf {H} }$

여기서 ${\displaystyle H}$는 磁氣場이고, ${\displaystyle \lambda }$는 런던 透過 깊이이다. 이 方程式을 런던 方程式 이라고 하며, 이에 따라 超傳導體의 磁氣場이 表面에서 속으로 들어감에 따라 指數級數的으로 減少하게 된다.

마이스너 效果는 外部에서 加해지는 磁氣場이 너무 크면 破壞된다. 超傳導體는 이 破壞가 어떻게 일어나느냐에 따라 두가지로 區分된다. 第 1種 超傳導體 에서는 加해진 磁氣場이 어떤 臨界값 H _c 以上이 되면 갑자기 깨어진다. 샘플의 模樣에 따라서, 샘플이 磁氣場을 包含하는 中間 狀態 와 샘플이 磁氣場을 包含하고 있지 않은 超傳導 狀態 가 混合되어 있다. 反面, 第2種 超傳導體 에서는, 外部 磁氣場이 H _{c 1} 보다 큰 값이 되면 物質이 自己 船速 이 物質을 通過하지만 電流가 크지 않은 한 抵抗값이 0인 狀態가 持續되는 混合 狀態 가 된다. 磁氣場이 두 番째 臨界 自己丈人 H _{c 2} 보다 커지면 超傳導性이 破壞된다. 混合 狀態는 事實 電子 初有體에 있는 渦動(vertex)에 依해 생겨나며, 이 渦動에 依한 自己 船速 은 量子化 된다. 이 兩者를 플럭손 ( fluxon )이라고 한다.

나이오븀 , 테크네튬 , 바나듐 , 炭素 나노튜브 따위를 除外한 나머지 가장 高純度의 單原子 超傳導體들은 제 1種 超傳導體들이고, 나머지 大部分의 不純物이 섞이거나 化合物인 超傳導體들은 제 2種 超傳導體들이다.

런던 모멘트 [ 編輯 ]

反對로, 回轉하는 超傳導體는 스핀 軸 方向으로 正確하게 整列된 磁氣場을 만들어 낼 수 있다. 이 效果는 런던 모멘트 (London moment)라 불리는데, 重力 探査 衛星 B ( 英語 : Gravity Probe B )에 잘 使用되었다. 이 實驗은 네 個의 超傳導 자이로스코프 의 스핀 軸을 決定하기 위해 이 자이로스코프 들의 磁氣場을 測定하였다. 이것은 實驗에 매우 必須的이었는데 왜냐하면 區의 스핀 軸을 正確하게 求할 수 있는 몇 안되는 方法 中의 하나였기 때문이다.

理論 [ 編輯 ]

超傳導體의 發見 以來 超傳導體의 原理를 說明하기 위해 많은 努力이 있어 왔다. 1950年代에, 理論 凝集物質物理學 者들은 한 雙의 重要한 理論에 依해 ‘’一般的인’’ 超傳導體에 對한 確固한 理解에 到達했다고 생각했었다. 이 두 理論은 現象論的인 긴즈부르크-란다우 理論 (1950)과 微視的인 BCS 理論 (1957)이다. 1986年 bcs理論에서 不可能하다 여겨졌던 30K 以上의 臨界溫度를 가지는 超傳導體가 發見된 以後 bcs 理論에 對한 疑問이 커졌고. 그러므로 高溫超傳導體는 勿論이고 金屬 超傳導體에도 適用될 수 있느냐 하는 疑問에 論爭의 餘地가 있다. 超傳導理論은 確定된 것이 아니고 完全하게 열려있는 狀況이라 하겠다.

에너지 띠틈 [ 編輯 ]

超傳導體와 一般 固體(不導體 或은 導體) 사이에 上典이 가 일어날 때에는 電氣傳導度 가 無限大가 되는 것과 함께 電子들의 에너지 分布가 바뀐다. 一般 도체일 때에는 電子의 에너지 準位 가 페르미 에너지 準位를 中心으로 連續的으로 分布한다. 卽, 前者는 페르미 에너지를 中心으로 어떠한 에너지 값을 가져도 된다. 하지만 超傳導體에서는 페르미 에너지 準位를 基準으로 若干 위와 若干 아래에 電子가 存在할 수 있는 領域이 限定的으로 許容된 電子의 에너지 띠 에 띠틈 이 있다. 이는 超傳導體 試料를 注射 터널 顯微鏡으로 電氣傳導度 의 微分값을 觀察하여 얻을 수 있다. 또한 1990年代 以後 硏究된 高溫 超傳導體의 境遇에는 超傳導 現象을 보이지 않는 溫度 範圍에서도 이러한 띠틈이 存在한다. 이를 類似틈 ( pseudogap )이라고 부른다. 이 類似틈이 常溫超傳導에서關聯이 있어보여 매우 重要하다.

歷史 [ 編輯 ]

最初의 超傳導體는 1911年 헤이커 카메를링 誤너스 가 固體 輸銀 의 抵抗을 當時 發見된 液體 헬륨 을 利用하여 低溫에서 測定하는 途中 發見하였다. 4.2 K의 溫度에서 그는 抵抗이 갑자기 사라지는 것을 觀察하였다. ^[1] 以後 超傳導體는 여러 다른 物質에서 發見되었다. 1913年 납 의 超傳導가 7 K에서 發見되었고, 1941年에는 窒化 나이오븀 (NbN)의 超傳導가 16K에서 發見되었다. 超傳導體를 理解하는 그 다음 重要한 進展은 1933年 발터 마이스너 와 爐베어트 誤흐젠펠트 ( 獨逸語 : Robert Ochsenfeld )가 마이스너 效果 로 알려진 超傳導體가 磁氣場을 밀쳐내는 것을 發見한 것이었다. ^[2] 1935年 프리츠 론돈( 獨逸語 : Fritz London )과 하인츠 론돈( 獨逸語 : Heinz London )은 마이스너 效果가 超傳導 電流가 運搬하는 電子奇跡 熱力學的 自由 에너지를 最少化하려는 데에서 나타난다는 것을 보였다. ^[3]

1950年에, 레프 란다우 와 비탈리 긴즈부르크 가 超傳導體의 現象論的인 模型인 긴즈부르크-란다우 理論 을 發表하였다. ^[4] 란다우의 2次 相轉移 理論을 슈뢰딩거 方程式 과 結合시킨 이 理論은 超傳導體의 巨視的 性質을 說明하는 데 큰 成功을 거두었다. 한便으로는, 알렉세이 알렉세예비치 아브리코소프 는 긴즈부르크-란다우 理論이 超傳導體가 제 1種과 第 2種으로 불리는 두 種類로 區分됨을 豫測하였다. 아브리코소프와 긴즈부르크는 그들의 功勞로 인해 2003年 노벨賞 을 受賞하였다. (란다우는 1968年 死亡하였다.) 또 1950年에는 맥스웰과 레이놀즈 等이 超傳導體의 臨界溫度는 그 構成 元素의 同位元素 質量에 따라 變할 수 있음을 보였다. ^{[5] [6]} 이 同位元素 效果 發見은 當時에 電子- 포논 間 相互作用이 超傳導 現象의 微視的 메카니즘임을 誤導하게 하였다.

1957年에 존 바딘 과 리언 쿠퍼 , 존 로버트 슈리퍼 는 超傳導 現象을 微視的으로 說明하는 理論인 BCS 理論 을 提案하였다. ^[7] 이는 發見者들의 이름 머릿字를 딴 것이다. 니콜라이 보골류보프 또한 1958年에 獨立的으로 基本的으로 같은 理論을 發表하였다. 이 BCS 理論은 超傳導 電流를 쿠퍼 雙 의 初有體 로 說明하였다. 쿠퍼 雙은 포논의 交換에 依해 相互作用하는 電子들의 雙이다. 1972年 著者들은 이 業績으로 노벨賞을 受賞하였다. BCS 理論은 1958年 니콜라이 보골류보프 가 元來는 여러 가지 論證으로 誘導되는 BCS 波動函數가 電子의 해밀토니言 을 定準變換 하여 얻어질 수 있음을 보임에 따라 서로 剛한 聯關이 있음을 보였다. ^[8] 1959年에 레프 페트로비치 高리코프 ( 러시아語 : Лев Петрович Горьков )는 BCS 理論이 臨界 溫度 近處에서 긴즈부르크-란다우 理論 으로 還元됨을 보였다. ^[9]

1962年 웨스팅하우스 會社는 最初의 商業用 超傳導 戰線을 나이오븀 - 타이타늄 合金을 使用하여 開發하였다. 같은 해에 브라이언 데이비드 조지프슨 은 超傳導 電流가 얇은 不導體 層으로 分離된 超傳導體 사이를 흐를 수 있다는 重要한 理論的 豫見을 하였다. ^[10] 조지프슨 效果 라 불리는 이 現象은 超傳導 兩者 干涉 裝置 와 같은 超傳導를 使用하는 機械에 利用된다. 超傳導 兩者 干涉 裝置는 兩者 自己 船速 ( ${\displaystyle \Phi _{0}=h/2e}$, 이 값의 逆數를 조셉슨 常數 라 函)을 가장 正確하게 測定하는 데 쓰인다. 또한 兩者 홀 比抵抗 (Quantum Hall resistivity) 값( 폰 클리칭 常數 , ${\displaystyle R_{K}=h/e^{2}}$)과 結合하여 플랑크 常數 h 를 測定하는 데에도 쓰인다. 조지프슨은 이 硏究로 1973年 노벨 物理學賞 을 받았다.

高溫 超傳導體 [ 編輯 ]

1986年까지 物理學者들은 BCS 理論 에 依하면 30 K 以上에서 超傳導性을 보이는 것이 不可能하다고 믿었다. 그러나 1986年 요하네스 게오르크 베드노르츠 와 카를 알렉산더 뮐러 는 란타넘 九里界 페롭스카이트 物質에서 超傳導를 發見하였으며 그 臨界 溫度는 35 K이었다. ^[11] 이들은 이 硏究로 1987年 노벨 物理學賞을 受賞하였다. 곧 禹(M. K. Wu) 等이 란타늄을 이트륨 으로 置換하여 YBCO 를 만들었는데, 그 臨界溫度가 92 K에 이르렀다. 이것은 冷却劑로 使用되는 液體 窒素 의 奇貨店인 77 K보다 높은 溫度라는 點에서 重要한 것이었다. ^[12] 이것은 商業的으로 重要한데 왜냐하면 液化 窒素는 原材料 걱정없이 값싸게 어디서나 生産할 수 있으며 液體 헬륨 을 輸送할 때 나타나는 問題點인 固體 에어 플러그 等의 問題에서 자유롭기 때문이었다. 그 以後로 많은 다른 九里界 超傳導體가 發見되었으며, 이 物質들이 보이는 超傳導에 對한 理論的 說明은 凝集 物質 物理 分野의 가장 挑戰的인 課題가 되었다.

約 1993年부터, 가장 높은 臨界 溫度를 가지는 超傳導體는 탈륨 · 輸銀 · 九里 · 바륨 · 칼슘 · 酸素 로 構成된 세라믹 HgBa ₂ Ca ₂ Cu ₃ O _8+δ 으로서, 臨界 溫度가 T _c =138 K였다. ^[13]

2008年 2月에는 철에 基盤한 高溫 超傳導體가 發見되었다. ^{[14] [15]} 도쿄 工業 大學의 呼訴盧 히데오( 細野 秀雄 )는 란타넘 -酸素-弗素-철-砒素 化合物 (LaO _1-x F _x FeAs), 卽 oxypnictide 에서 超傳導를 26 K에서 發見하였다. 이어진 다른 그룹의 硏究는 LaO _1-x F _x FeAs의 란타늄을 세륨 , 사마륨 , 네오디뮴 , 프라세오디뮴 等 다른 稀土類 로 置換하였을 때 臨界 溫度가 52 K까지 높아짐을 發見하였다. 이와 類似한 AFe ₂ As ₂ 構造를 가진 철-砒素 基盤 超傳導體 또한 報告되었다. 專門家들은 다른 系列의 超傳導를 硏究함으로써 九里界 超傳導體에 對한 理論도 이끌어 낼 수 있을 것으로 期待하고 있다.

分類 [ 編輯 ]

超傳導體를 分類하는 基準은 여러 가지가 있다. 代表的인 것으로는 다음이 있다.

1種/2種 超傳導體 [ 編輯 ]

物理的 性質을 基準으로, 超傳導體는 1種 超傳導體 ( 英語 : type I superconductor )와 2種 超傳導體 ( 英語 : type II superconductor )로 分類된다. 1種 超傳導體는 相轉移가 1次 上典이 를, 2種 超傳導體는 2次 上典이 를 보인다.

發見 初期의 單原子 低溫超傳導體들은 大部分 1種 超傳導體로 알려져 있고, 大部分 化合物 超傳導體를 비롯하여 모든 酸化物 高溫超傳導體들은 II-兄(Type-II) 超傳導體로 알려져 있다. 1種 超傳導體와 2種 超傳導體의 區分은 磁氣場-溫度 上典이 形態에서 쉽게 그 差異點을 發見할 수 있다.

1種 超傳導體는 어떤 溫度狀態에서 熱力學的 臨界磁氣場(Hc)李 存在하며, 臨界 磁氣場을 境界로 正常 狀態와 超傳導 狀態로의 轉移가 일어난다. 이때 臨界磁氣場 以下의 超傳導 狀態는 超傳導 基本 特性의 하나인 마이스너 效果로 인하여 磁氣場이 浸透하지 못한다. 이와 같은 1種 超傳導體는 單原子 超傳導體들이 主宗을 이루며, 이들 超傳導體들의 應用은 特性上 技術的으로 매우 어렵다.

2種 超傳導體는1종과 다르게 어떤 溫度 狀態에서 上部 臨界 磁氣場(H _c2 )과 下部 臨界 磁氣場(H _c1 )이 存在하여, 이들 臨界 磁氣場들의 境界로 有用한 超傳導 特性을 나타낸다. 1種과 마찬가지로 超傳導 狀態의 下部 臨界 磁氣場(Hc1) 以下의 領域은 磁氣場이 浸透하지 못하는 마이스너 效果 를 나타낸다. 그러나 下部 臨界 磁氣場(H _c1 ) 以上의 磁氣場下에서 2種 超傳導體는 超傳導 性質을 잃지 않고 超傳導 狀態를 繼續 維持하며 一部의 磁氣場들이 超傳導體를 浸透하도록 한다. 磁氣場의 浸透 程度는 磁氣場의 세기에 따라 增加 되고, 上部 臨界 磁氣場(H _c2 )에 이를 때까지 繼續되며, 上部 臨界 磁氣場(H _c2 ) 以上이 되면 超傳導 狀態에서 正常 狀態로 轉移가 일어나 超傳導體가 아닌 一般 物體로 된다. 이와 같이 上部 臨界 磁氣場(H _c2 )과 下部 臨界 磁氣場(H _c1 ) 사이의 領域( 소용돌이 狀態 ( 英語 : vortex state 或은 混合 狀態 ( 英語 : mixed state 라고 函)이 存在하여, 어느 程度 磁氣場의 浸透에도 超傳導性이 維持되는 超傳導體를 2種 超傳導體라 한다. 大部分 混合物 및 酸化物 高溫 超傳導體들이 이에 屬하며, 超傳導體 應用에 거의 모두가 이와 같은 特性을 가지는 2種 超傳導體를 利用하고 있다.

其他 分類 [ 編輯 ]

이 밖에도, 다음과 같이 分類할 수 있다.

• 說明하는 理論을 基準:
  • 通常 超傳導體 (通常-, 英語 : conventional superconductor , BCS 理論 에서 說明이 되는 境遇)
  • 以上 超傳導體 (異常-, 英語 : unconventional superconductor , BCS 理論으로 說明이 안되는 境遇)
• 臨界 溫度를 基準:
  • 常溫 超傳導體 (臨界 溫度가 常壓 常溫, 攝氏 0度 以上인 境遇, 現在까지 發見되지 않음)
  • 高溫 超傳導體 (臨界 溫度가 液體 窒素의 沸騰點 77 K보다 높은 境遇)
  • 低溫 超傳導體 (臨界 溫度가 그보다 낮은 境遇)
• 物質을 基準:
  • 單原子 ( 輸銀 , 납 等)
  • 合金 ( 나이오븀 - 타이타늄 , 苧麻늄 - 나이오븀 )
  • 세라믹 ( YBCO , 이崩化 마그네슘 )
  • 遺棄 超傳導體 ( 풀러렌 , 炭素 나노튜브 - 炭素 나노 튜브는 炭素만으로 이루어져 있기 때문에 單原子 系列에 넣어야 할 수도 있다.)

應用 [ 編輯 ]

超傳導 磁石 은 이제까지 알려진 가장 强力한 電磁石 이며 MRI 이나 NMR 機械, 質量 分析器 , 粒子 加速器 에 쓰이는 光線 操舵 磁石 等에 使用된다. 이들은 또한 粒子들을 粒子들이 가진 自省에 따라 分離하는 自己 分離(magnetic separation)에 쓰일 수 있는데, 이런 것들은 顔料 産業 等에 쓰이곤 한다.

超傳導體는 또한 디지털 回로 , RF 回로 , 마이크로파 回로 , 携帶 電話 基地局을 만드는 데 使用된다.

超傳導體는 只今까지 알려진 가장 敏感한 自力系인 超傳導 兩者 干涉 裝置 의 構成 單位인 조세프슨 接合 (Josephson junction)을 만드는 데 使用된다. 조세프슨 裝置들은 國際單位系 의 單位 볼트 를 定義하는 데에 使用된다. 作動하는 方式에 따라, 조세프슨 接合 은 光子 檢出器 나 混合機 로 使用된다. 一般 狀態에서 超傳導 狀態로 轉移할 때의 큰 抵抗 差異는 低溫 熱量計 나 微笑熱量計 의 溫度計나 光子 檢出器 를 만드는 데 使用될 수 있다.

(超傳導 物質을 使用했을 때) 裝置의 相對的인 效率性, 크기, 무게에서의 利點이 超傳導 物質을 使用함으로 인해서 發生하는 追加的인 費用보다 더 큰 곳에서 새로운 市場이 成長하고 있다.

展望이 있는 應用 例로는 高性能 變壓器 , 電力 貯藏 裝置 , 電力 전달기 , 電氣 모터 , 自己 浮上 裝置 , 過度 電流 制限器 等이 있다. 그러나 超傳導는 變化하는 磁氣場에 敏感하기 때문에 交流 를 使用하는 應用 例들(卽, 變壓器)을 만드는 것은 直流 를 使用하는 것에 비해 좀 더 어려울 것으로 豫想된다.

利用 [ 編輯 ]

超傳導體는 磁氣場을 遮斷하는 特性이 있어 磁石 위에 가까이 가져가면 磁石위에 떠 있게 되는데, 이와 같은 現象을 마이스너 效果 라고 한다. 또, 超傳導體는 抵抗 이 없어 電流 가 흘러들어도 電力 損失이 全혀 發生하지 않아, 大量의 電氣를 損失없이 貯藏하거나 送電 이 可能하다. 뿐만 아니라 超傳導體는 매우 센 電流를 흐르게 하여 强한 磁氣場 을 얻을 수 있으므로 이를 利用하여 自己 浮上 列車 에 使用이 可能하다.

分野에 따라 分類해 보면, 다음과 같은 活用 分野들이 있다.

• 에너지 : 次世代 超傳導 核融合 外 MHD 發展 等
• 電力: 超傳導에너지貯藏(SMES), 超傳導 變壓器 , 超傳導 케이블, 超傳導 發電機 等
• 交通: 超傳導 磁氣浮上列車 , 超傳導 電子 推進 船舶, 超傳導 電氣自動車 等
• 醫療ㆍ科學: 磁氣共鳴映像 , 核磁氣 共鳴 , 腦 自己 檢出器, 癌 治療 사이클로트론 , 높은 장세기 磁石(high field magnet) 等
• 環境ㆍ産業: 核 廢棄物 處理가 可能한 超傳導 自己 分離, 粒子加速器 等
• 電子ㆍ情報: 超傳導 슈퍼컴퓨터 , 超傳導 兩者 干涉 裝置

같이 보기 [ 編輯 ]

• 곤도 效果
• 强磁性 超傳導體

各州 [ 編輯 ]

參考 文獻 [ 編輯 ]

• Kleinert, Hagen, "Disorder Version of the Abelian Higgs Model and the Order of the Superconductive Phase Transition," Lett. Nuovo Cimento 35, 405 (1982) (also available online: [1] ^{[ 깨진 링크 ( 過去 內容 찾기 )]} )
• Kleinert, Hagen, Gauge Fields in Condensed Matter , Vol. I, " SUPERFLOW AND VORTEX LINES"; Disorder Fields, Phase Transitions, pp. 1?742, World Scientific (Singapore, 1989) ; Paperback ISBN   9971-5-0210-0 (also readable online: Vol. I )
• Larkin, Anatoly; Varlamov, Andrei, Theory of Fluctuations in Superconductors , Oxford University Press, Oxford, United Kingdom, 2005 ( ISBN   0-19-852815-9 )
• Matricon, Jean; Waysand, Georges; Glashausser, Charles; The Cold Wars: A History of Superconductivity , Rutgers University Press, 2003, ISBN   0-8135-3295-7
• ScienceDaily: Physicist Discovers Exotic Superconductivity ( 애리조나 大學校 ) August 17, 2006

外部 링크 [ 編輯 ]

• 超傳導體 - 두산世界대백과사전
• “超傳導體 動映像” . 《 네이버캐스트 》.  
• Dull, Robert W.; H. Richard Kerchner (1994年 9月). “A Teacher's Guide to Superconductivity for High School Students” (英語). Oak Ridge National Laboratory. 2014年 4月 24日에 原本 文書 에서 保存된 文書 . 2014年 6月 29日에 確認함 .   더 以上 支援되지 않는 變數를 使用함 ( 도움말 )
• Coyne, Kristen. “Superconductivity: Current in a Cape and Thermal Tights. An introduction to the topic for non-scientists” (英語). National High Magnetic Field Laboratory. 2008年 12月 23日에 原本 文書 에서 保存된 文書 . 2008年 12月 17日에 確認함 .  
• “Lectures on Superconductivity” (英語). Cambridge University Applied Superconductivity and Cryoscience Group. 2010年 8月 21日에 原本 文書 에서 保存된 文書 . 2008年 12月 17日에 確認함 .