초전도체의 분류

 

목차

임계온도(Critical temperature)에 따른 분류
자기장에 따른 분류

 

 

 

 

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임계온도(Critical temperature)에 따른 분류

 

저온 초전도체

저온 초전도체는 BCS이론(초전도 현상의 메커니즘 참조)에서 예측하는 임계온도(Critical Temperature) 이하에서 초전도 현상이 나타나는 물체를 의미한다. 대부분의 금속이나 합금에 해당한다. 대표적인 물질로 주로 나이오븀(Nb) 기반의 초전도체를 의미한다. 기화점 약 4.2K인 액체 헬륨으로 냉각한다. 주로 초전도 마그넷, 가속기 및 입자 물리학 연구에 사용되고 있다. 

 

초전도 자석(출처 : 위키백과)

고온 초전도체

고온 초전도체는 BCS이론에서 벗어나서 더 높은 임계 온도에서 초전도 현상이 나타나는 물질을 의미한다. 주로 구리산화물(Cu-O) 기반의 초전도체를 의미한다. 기화점인 20K인 액체수소 또는 기화점인 77K인 액체질소를 이용하여 초전도체를 이용할 수 있다. 이중 액체 질소를 이용하면 비용이 크게 절감되므로 산업적으로 유용성이 있다. 주로 전력전송 케이블, 자기 부상 열차, 자기 공명영상(MRI) 등에서 사용된다. 

 

상온 초전도체

상온 초전도체는 우리의 일상생활에서 사용할 수 있는 상온(약 20 °C)에서 초전도 현상이 나타나는 물질을 의미한다. LK-99라는 물질이 상온 초전도체로 소개되었으나 아직 검증되지 않았다. 영화 아바타의 떠있는 섬이 상온 초전도체라는 설정이다. 상온 초전도체가 발견된다면 다양한 곳에서 활용이 가능하다. 핵융합, 자기 부상열차, 양자컴퓨터 등의 상용화가 당겨지게 될 것이라 인류의 발전에 큰 변화를 줄 것이다. 

 

 

 

자기장에 따른 분류

 

제1형 초전도체 (Type 1)

제1형 초전도체는 임계 자기장이 하나만 있는 초전도체를 의미한다. 초기에 발견되었던 대부분의 초전도체는 제1형 초전도체이다. 제1형 초전도체는 대부분 금속이며 임계 자기장의 세기가 비교적 작다. 따라서 초전도 자석에 이용하는 것은 어렵다. 주로 단원자 초전도체를 의미하며 임계 자기장을 경계로 정상상태와 초전도 상태로 나뉜다. 

 

제2형 초전도체 (Type 2)

제2형 초전도체는 임계자기장을 두 개 가지고 있다. 두 자기장 중 작은 값인 하부 임계자기장(Hc1)보다 작을 때 초전도성을 보인다. 두 자기장의 범위 사이에서는 초전도와 상전도 상태가 혼합되어 있으며(소용돌이상태), 두 임계 자기장 중 큰 값인 상부 임계자기장(Hc2)보다 자기장이 클 때만 초전도성이 사라지게 된다. 대부분의 화합물 초전도체를 의미한다(아래 그림 참조). 참고로, BCS이론의 경우 1종 초전도체를 잘 예측하지만, 제2형 초전도체에는 잘 맞지 않는다. 

 

외부자기장에 따른 초전도체의 자기화 곡선 (출처 : 아누이야기-5.우주는 끈으로 되어있다. )

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초전도체는 다양한 방식으로 분류 가능하다. 현재 저온 초전도체와 제1종 초전도체의 경우에만 설명이 가능한 이론적인 배경(BCS이론)이 있으며 다른 초전도체 분류에 대해서는 아직까지 명확한 이론적인 설명이 없다. 초전도체에 대한 전반적인 설명이 가능한 이론이 나온다면 상온 초전도체도 개발이 가능할 것이라 기대해 본다. 

 

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