umo74 님의 블로그

1957년, 존 바딘(John Bardeen), 리언 쿠퍼(Leon Cooper), 존 로버트 슈리퍼(J. Robert Schrieffer)는 짝을 이룬 전자들이 집단적인 양자 상태에 참여한다는 관점에서 전통적인 초전도 현상을 설명했습니다. 이번 글에서는 BCS 이론으로 이어진 실험적 단서와 쿠퍼쌍의 개념을 살펴보겠습니다.1950년, 동위원소 효과가 남긴 단서1950년 무렵, 초전도 물질을 이루는 원자의 동위원소 질량을 바꾸면 초전도 전이온도도 달라질 수 있다는 실험 결과가 나왔습니다. 이것이 동위원소 효과입니다.[1]원자의 질량이 초전도 현상이 시작되는 온도에 영향을 준다면, 원자들이 이루는 결정격자의 진동도 초전도 현상에 관여할 가능성이 있습니다.고체 안의 원자는 완전히 멈춰 있는 것이 아니라 평형 ..

냉각된 초전도체 위에서 자석이 안정적인 위치를 유지하는 실험의 한 장면입니다. 영상: Jubobroff, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0. 원본 영상에서 정지 화면을 추출했습니다.자속 고정 실험에서는 냉각된 초전도체 위의 작은 자석을 움직였다가 놓으면 안정적인 위치로 돌아가는 모습을 볼 수 있습니다. 이런 자기적 상호작용을 이해하는 데에는 런던 방정식, 긴즈부르크–란다우 이론, 아브리코소프의 자기 소용돌이가 도움이 됩니다.런던 형제와 자기장의 침투 깊이전기저항이 0이 된다는 사실만으로는 마이스너 효과를 충분히 설명할 수 없었습니다. 초전도체 안에서 전류와 자기장이 어떻게 움직이는지 설명할 새로운 이론이 필요했습니다.1935년, 독일 태생의 물리학자 프리츠 런던(Fritz Lond..

아마존에 판매용으로 올라온 초전도체 실험 키트입니다. 연구실 밖에서도 접할 수 있는 실험 장비의 예로 소개합니다. 출처: 아마존 상품 페이지.초전도체 부상 실험 키트로는 물체가 떠 있는 모습 이상의 현상을 관찰할 수 있습니다. 자속 고정(Flux Pinning)은 자석과 제2종 초전도체의 상대적인 위치를 안정적으로 유지하도록 합니다. 이를 이해하려면 마이스너 효과와 함께 자기 소용돌이도 살펴봐야 합니다.모든 초전도체가 자기장을 완전히 밀어내지는 않습니다지난 글에서는 초전도체가 내부의 자기장을 밀어내는 마이스너 효과를 살펴봤습니다. 하지만 초전도체가 모두 자기장에 같은 방식으로 반응하는 것은 아닙니다.초전도체는 보통 제1종과 제2종으로 나눕니다. 제2종 초전도체에서는 외부 자기장이 충분히 강해지면 자속이 ..

초전도체에 관심을 가진 뒤 영화 《아바타》를 보면서 익숙한 장면을 발견했습니다. 영화에 등장하는 가상의 물질, 언옵테늄이 공중에 떠 있는 모습이었습니다. 그 장면을 보며 초전도체와 비슷한 현상인지 궁금해졌습니다.가상의 부상 물질을 표현한 개념 그림입니다. 실제 초전도 실험을 촬영한 사진은 아닙니다.물론 언옵테늄은 가상의 물질입니다. 그래도 그 장면은 초전도체에 대한 관심을 키웠습니다. 실제 초전도체와 자기장의 관계를 찾아보다가 마이스너 효과라는 성질을 알게 되었습니다.마이스너 효과 — 자기장을 밀어내는 성질지난 글에서는 1911년 극저온의 수은에서 전기저항이 사라지는 현상이 발견된 과정을 살펴봤습니다. 저항이 없다는 것은 초전도체의 가장 잘 알려진 특징이지만, 초전도 현상을 설명하는 전부는 아닙니다.[2..

초전도체에 관심을 갖게 된 계기는 아주 단순한 질문이었습니다. 유튜브 영상을 보다가 전기저항이 사라지면 전류가 흐를 때 생기는 에너지 손실과 열을 줄일 수 있다는 이야기를 접했습니다.가장 먼저 떠오른 것은 스마트폰이었습니다.스마트폰의 발열은 전기저항과 초전도 현상에 관심을 갖게 된 출발점이었습니다. 스마트폰을 오래 사용하거나 고사양 게임을 실행하면 기기가 뜨거워지는 경험을 하게 됩니다. 전기저항이 정말 없는 물질이 있다면 이런 열도 줄일 수 있을지 궁금했습니다.자료를 찾아보니 스마트폰의 발열은 전기저항만으로 설명할 수 있는 문제가 아니었습니다. 반도체의 전력 소비, 배터리, 디스플레이, 무선통신 등 여러 부분에서 열이 발생합니다. 그래도 이 작은 질문이 초전도체를 알아보기 시작한 계기가 되었습니다.전기저..