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.