학문

초전도체는 왜 저항이 0이 되는 현상을 보이는건가요?

임계 온도 이하에서 전기 저항이 완전히 사라지는 초전도 현상이 일어날 때, 내부 전자들 사이에서 구체적으로 어떤 물리적 상호작용이 일어나나요?

1개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

    보통 금속에서는 전자가 진동하는 원자나 불순물에 부딪혀 하나씩 튕겨 나가면서 저항이 생기는데, 초전도체에서는 전자들이 짝을 지으면서 이 충돌이 멈춰요.

    전자 하나가 양이온 격자 사이를 지나가면 음전하에 끌린 양이온들이 살짝 모여들며 격자가 일그러지고, 지나간 자리에 양전하가 몰린 영역이 잠시 남아요. 이 영역이 뒤따라오는 다른 전자를 끌어당겨서, 원래 서로 밀어내는 두 전자 사이에 격자 진동(포논)을 매개로 한 약한 인력이 생겨요. 이렇게 운동량과 스핀이 반대인 두 전자가 묶인 것을 쿠퍼 쌍이라고 해요.

    쿠퍼 쌍은 스핀 합이 0이라 같은 양자 상태에 여럿이 함께 들어갈 수 있고, 임계 온도 아래에서는 모든 쌍이 하나의 거대한 파동처럼 발맞춰 움직여요. 이 집단에서 전자 하나를 튕겨내려면 쌍을 깨는 데 드는 최소 에너지인 에너지 갭 이상을 줘야 하는데, 낮은 온도의 격자 진동이나 불순물은 그만한 에너지를 주지 못해요. 그래서 전류가 에너지 손실 없이 계속 흘러요. 온도가 임계 온도를 넘으면 열에너지가 쌍을 깨뜨려 다시 저항이 생겨요 :)

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