1. 초 전도성
ㅇ 어떤 물질(초 전도체)이 특정 온도 이하에서 전기 저항이 급격하게 감소되어 0(zero)이 되는 현상
- 대부분의 금속이, 0 K 정도로 온도를 낮추어가면, 전기 저항이 서서히 감소하게되며,
금속 마다 어떤 한계 최소 저항을 갖음
※ 1911년 네덜란드 저온 물리학자 카멜링 온데스(Heike Kammerlingh Onnes) 발견
2. 초 전도체의 특성
ㅇ 완전 반자성 (마이스너 효과) ☞ 아래 2.항 참조
- 인가된 외부 자기장을 물질 내부에서 완벽하게 축출하는(밀어내는) 효과
. 초 전도체가 자석 위에 떠오르게 만드는 등
- 초 전도체의 자성은, 완벽한 반자성체로써, 자화율 χ = -1 임
. 불균일 자기장 하에서, 반자성체는 자기장 세기가 더 작은 쪽으로 힘을 받음
ㅇ 임계 온도 및 임계 자기장 ☞ 아래 3.항 참조
- 특정 온도 이하에서만 초전도성을 유지하며, 임계 자기장을 초과하면 초전도성이 소멸됨
ㅇ 저항 제로 (Zero Resistance) ☞ 아래 3.항 참조
- 초전도 상태에서 전기 저항이 완전히 사라져 전류가 에너지 손실 없이 흐를 수 있음
3. 초전도체 구분
ㅇ 자기 반응에 근거하여 두 유형(Ⅰ형,Ⅱ형)으로 구분
ㅇ Ⅰ형 초전도체
- 초전도 상태에서 완전한 반자성체 특성을 나타냄
- 외부에서 인가한 모든 자기장이 물체 내부로 들어가지 못하고 외부에만 흐름
* 즉, 마이스너 효과(Meissner Effect) : 완벽한 자속 배제 효과
. 자석 위에 두면 둥둥 뜨는 현상 (단, 반드시 초 전도체 만이 유일한 것은 아님)
ㅇ Ⅱ형 초전도체
- 낮은 자기장을 가할 경우에 만 완전한 반자성체 특성을 나타냄
- 초전도 상태에서 정상 상태로의 천이는,
. 하위 임계 자기장 H와 상위 임계 자기장 H 사이에서 점진적으로 발생함
3. 초 전도 상태의 유지조건
ㅇ 임계 온도 (Tc, Critical Temperature) : 이 온도 이하에서 만 초전도 현상 발생
- 실제로는, 임계 온도 뿐 만 아니라, 임계 자기장, 임계 전류도 있음
. 임계 온도 이하의 초전도 상태라도, 충분히 큰 자기장을 가할 때에야, 비로소 저항 사라짐
.. 즉, 이때의 임계 자기장 H가 존재함
. 임계 온도 이하의 초전도 상태라도, 충분히 큰 전류를 흘릴 때에야, 비로소 저항 사라짐
.. 즉, 이때의 임계 전류밀도 J가 존재함
* 이들 간에 관계로써,
. 온도가 낮아지면, 임계 전류와 임계 자기장이 높아지고,
. 온도가 높아지면, 임계 전류와 임계 자기장이 낮아짐
ㅇ 전류,자기장이, 일정 직류 상태 이어야 만, 열 손실이 없게 됨
4. 응용
ㅇ 장치 응용 例) 입자 가속기, MRI, NMR
ㅇ 응용 가능성 (아직 미 실현)
- 적은 전력 손실 : 전력 전송 등
- 자기장 반발 : 자기 부상 열차 등
- 높은 자기장 발생 : 안정된 초전도 자석 등