초전도체란 무엇일까?

최근 뉴스를 통해 많은 사람들에게 알려진 초전도체에 대해 알아보겠습니다.

 

초전도체란 무엇인지 알아보기

 

초전도체는 임계 온도 이하의 초저온에서 전기 저항이 0이 되는 물질을 말합니다.

 

즉 전류가 장애 없이 흐르고 외부 자기장과 반대방향의 자기장을 형성하는 현상을 초전도 현상이라고 합니다.

 

 

뱅크런 유래와 역사

 

초전도 현상은 1911년에 오너스에 의해 발견되었으며, 그 이후로 많은 연구가 이루어져 왔습니다. 초전도 현상의 원리를 설명하는 최초의 미시 이론은 BCS 이론입니다.

 

BCS 이론은 1957년에 미국의 존 바딘, 리언 쿠퍼, 존 로버트 슈리퍼가 제안했으며, 이론의 이름은 세 사람의 이름 앞글자를 따서 지어졌습니다.

 

BCS 이론은 저온 초전도체의 성질을  설명할 수 있었으나 고온 초전도체를 설명하지 못했습니다.

BCS 이론에 따르면 초전도체 내부의 전자들은 서로 밀어내기보다는 서로 끌어 당겨서 쿠퍼 쌍을 이루는 것이 더 안정된 상태를 이루게 됩니다.

 

쿠퍼 쌍은 전자-포논 상호작용에 의해 결합되는데, 전자가 지나가면 양이온이 전자의 방향으로 인력을 받아서 그 방향으로 움직이게 되고, 또 다른 전자는 양이온 방향으로 끌어 당겨지게 되는 것입니다. 쿠퍼 쌍을 이루는 두 전자는 반대 스핀과 운동량을 가지며, 보손과 같이 행동하게 됩니다.

 

쿠퍼 쌍이 깨지기 위해서는 어느 정도의 에너지가 필요하게 되는데, 이 에너지 차이를 에너지 갭이라고 합니다. 에너지 갭보다 작은 에너지로는 쿠퍼 쌍이 포논과 충돌을 일으키지 않기 때문에 전기 저항이 0이 되는 것입니다.

 

BCS 이론은 저온 초전도체의 작용 원리를 설명하는 이론이며 고온 초전도체의 경우에는 다른 이론으로 설명되어야 합니다. 고온 초전도체는 1986년에 발견되었으며 여러 가지 물질이 고온 초전도체로 분류됩니다. 고온 초전도체의 원리는 아직 완전히 밝혀지지 않았으며 이를 밝혀내기 위한 학계의 노력은 계속되고 있습니다.