초전도체란 무엇일까 ?
초전도체는 임계온도 또는 전이온도라고 불리는 특정 온도 이하로 냉각될 때 아무런 저항이나 에너지 손실 없이 전류를 전도할 수 있는 물질입니다. 이 현상은 초전도성이라고 알려져 있습니다. 구리나 알루미늄과 같은 일반적인 전도체에서는 전류가 흐를 때 항상 약간의 저항이 있어서 전기 에너지를 열로 변환시킵니다. 그러나 초전도체에서는 이러한 저항이 사라져서 열이나 에너지 손실 없이 무한히 전류가 흐를 수 있습니다.
초전도체는 1911년 하이케 카멜링흐 온네스에 의해 처음 발견되었으며, 그는 수은이 극히 낮은 온도로 냉각되었을 때 전기 저항이 급격하게 떨어지는 것을 관찰했습니다. 초전도체의 임계 온도는 물질과 성질에 따라 다릅니다. 초전도성 연구 초기에는 임계 온도가 매우 낮았고, 절대영도에 가까운 극한의 추운 조건(-273.15°C 또는 -459.67°F)이 필요했습니다.
초전도체는 행동과 기초 물리학에 따라 두 가지 주요 유형으로 분류됩니다:
I형 초전도체: 이 초전도체들은 잘 정의된 임계 온도에서 저항의 완전한 손실을 보여줍니다. 그들은 또한 내부에서 자기장을 방출하여 완전한 직경이 되게 하는 마이스너 효과의 현상을 보여줍니다. I형 초전도체의 일반적인 예는 납과 주석입니다.
Type II 초전도체: Type II 초전도체는 더 복잡한 행동을 하고 더 높은 자기장을 견딜 수 있습니다. 그들은 위에 초전도 상태가 파괴되는 임계 자기장을 가지고 있습니다. 그들은 또한 혼합 상태를 보이는데, 이 상태에서 일부 영역은 초전도 상태인 반면 다른 영역은 그렇지 않습니다. Type II 초전도체는 종종 의료 영상 장치(MRI 기계)와 입자 가속기와 같이 높은 자기장이 관련된 응용 분야에 사용됩니다.
초전도체의 실용적인 응용은 다양하고 다양합니다. 가장 주목할 만한 응용은 다음과 같습니다:
자기 공명 영상(MRI) 기계: MRI 기계의 초전도 자석은 강하고 안정적인 자기장을 만들어 고해상도 의료 영상을 가능하게 합니다.
입자 가속기: 초전도 물질은 CERN의 LHC(Large Hadron Collider)와 같은 강력한 입자 가속기를 만드는 데 사용됩니다. 자기 부상 열차: 자기 부상 열차의 초전도 자석은 마찰을 최소화하면서 고속으로 부상하고 이동할 수 있게 해줍니다. 에너지 전송: 초전도 케이블은 사실상 손실 없이 전기를 전송할 수 있으므로 장거리에 걸쳐 효율적인 에너지 전송을 위한 잠재적인 해결책이 될 수 있습니다. 양자 컴퓨팅: 일부 유형의 초전도체는 양자 상태를 연장된 기간 동안 유지할 수 있기 때문에 양자 컴퓨팅에 사용하기 위해 탐구되고 있습니다.
이러한 유망한 응용에도 불구하고, 초전도 상태를 유지하기 위해 극도로 추운 온도가 필요하고 냉각 시스템의 비용과 같은 현실적인 도전이 남아 있습니다. 연구자들은 임계 온도를 높이고 다양한 기술적 응용에 초전도성을 더 쉽게 접근할 수 있도록 하기 위해 새로운 재료와 기술을 계속 조사하고 있습니다.
그럼 상온 초전도체란??
이름에서 알 수 있듯이, 상온 초전도체는 약 섭씨 20-25도 (화씨 68-77도)인 상온 또는 그 근처에서 초전도성을 보여줄 수 있는 초전도 물질의 한 종류입니다.
이 개념은 기존의 초전도체에 현재 요구되는 극단적인 냉각 방법의 필요성을 제거함으로써 잠재적으로 다양한 기술을 혁신할 수 있기 때문에 재료 과학과 응축 물질 물리학 분야에서 매우 인기가 있습니다.
역사적으로, 초전도는 절대 영도에 가까운 극도로 낮은 온도에서만 관찰되었습니다. 그러나 연구자들은 더 높은 온도, 특히 실제 적용에 더 실용적인 온도에서 초전도 거동을 보여줄 수 있는 물질을 발견하거나 설계하기 위해 적극적으로 노력해 왔습니다. 이를 추구하는 이유는 상온 또는 가까운 온도에서 초전도를 달성하는 것은 초전도를 다양한 산업에 훨씬 더 실용적이고 상업적으로 실행 가능하게 만들 것이기 때문입니다.
2021년 9월 당시 고온 초전도체를 찾는 데 상당한 진전이 있었지만 진정한 상온 초전도체는 확실히 발견되지 않았습니다. 상온에 더 가까운 온도에서 초전도 거동을 보이는 물질에 대한 주장과 보고가 있었지만 이러한 주장은 종종 재현성과 실용성에 대한 도전과 질문을 동반합니다.
상온 초전도체에 대한 연구는 지속적이고 흥미로운 연구 분야이며, 지난 업데이트 이후 발전이 있었을 수 있습니다. 연구자들은 잠재적인 초전도 후보를 예측하기 위해 고급 계산 기술을 사용할 뿐만 아니라 복잡한 화합물과 구조를 포함한 다양한 유형의 물질을 탐구하고 있습니다. 상온 초전도체의 발견은 현재 저온 초전도의 필요로 인해 한계에 직면한 매우 효율적이고 비용 효율적인 기술을 가능하게 함으로써 에너지 전송, 운송, 의료 영상 및 많은 다른 분야에 변혁적인 영향을 미칠 수 있습니다.
*초전도성의 맥락에서 "실온"은 일반적으로 실내에서 볼 수 있는 표준 온도 범위를 말하며, 섭씨 20-25도(화씨 68-77도) 정도입니다. 이는 사람들이 상온 초전도의 실현 가능성을 논의할 때 일반적으로 언급하는 온도 범위입니다
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