학문

초전도 현상의 원리와 특징에 대해 설명해 주세요.

초전도체는 특정 온도 이하에서 전기 저항이 0이 되고, 자기장을 배척하는 성질을 보이는데요. 이러한 초전도 현상의 원리와 특징에 대해 설명해 주세요.

2개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

    초전도 현상은 특정 물질이 임계 온도 이하로 냉각될 때 전기 저항이 완벽히 사라지고 내부 자기장을 밖으로 밀어내는 물성입니다. 대표적인 특징으로는 에너지 손실 없이 전류가 영구히 흐르는 완전 도전성과 외부 자기장을 배척해 내부 자기장을 0으로 만드는 마이스너 효과가 있습니다. 이러한 상태는 임계 온도, 임계 자기장, 임계 전류 밀도라는 세 가지 한계 조건이 모두 충족될 때만 유지됩니다.

    ​이 현상의 원리는 BCS 이론으로 설명됩니다. 전자가 금속 결정 격자를 지나갈 때 주변 양이온을 끌어당기며 격자 진동을 유발하고, 이 진동을 매개로 원래 반발해야 할 두 전자가 인력을 받아 쿠퍼 쌍을 형성합니다. 개별 전자는 파울리 배타 원리를 따르는 페르미온이지만, 짝을 이룬 쿠퍼 쌍은 보손처럼 행동하게 됩니다.

    ​임계 온도 이하에서 이 쿠퍼 쌍들은 모두 동일한 기저 상태로 응축되어 하나의 거대한 양자 파동처럼 동기화되어 움직입니다. 결과적으로 쿠퍼 쌍들은 결정 격자와의 충돌이나 방해를 받지 않고 에너지를 잃지 않은 채 이동하며 저항 0의 초전도 상태를 만들어냅니다.

    채택된 답변
  • 안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.

    초전도 현상은 특정 물질이 매우 낮은 온도로 냉각되었을 때 물질 내부의 모든 전기 저항을 상실하고 자기장을 완전히 밀어내는 현상을 말합니다.

    특정 온도 이하에서 두 전자가 쿠퍼 쌍을 이루어 원자 격자와 충돌없이 이동하는 양자역학적인 원리로 초천도 현상이 발생하게 됩니다.

    이 상태에서는 전기 저항이 완벽하게 0 이 되므로 전력 손실 없이 영구적으로 전류를 흘려보낼 수 있습니다.

    또한 내부 자기장을 밖으로 밀어내는 마이스너 효과를 보여 자석 위에 공중 부양하는 특정이 있습니다.

    그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다:)