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붕화물, 탄화물의 초전도

전문가 제언: ○ 어떤 종류의 전도물질들은 냉각시키면서 절대온도 0도(-273.15℃)로 접근시키면 어느 온도에서 전기저항이 0인 완전한 도전체가 되어 전류가 아무런 장애 없이 흐르는 초전도(superconductivity)현상이 발생한다. 이 초전도 발생 온도를 전이온도라 하며 물질에 따라 다르다.

○ 1911년 H. K. Onnes가 수은을 액체헬륨으로 냉각시키면서 전기저항을 조사한 결과 4.2K에서 전기저항이 소멸되는 현상을 처음 발견하였다. 이러한 현상을 초전도현상, 이 온도를 전이온도라 한다. 현재는 25종의 금속원자와 수천종의 합금, 화합물에서 초전도현상을 밝혀내고 있다.

○ 초전도에는 Nb-Ti, Nb-Zr, Nb-Sn, V-Ga 등의 합금이 우수한 초전도체에 속하며 그 성질에 따라 제1종, 제2종 초전도체로 구분한다.

– 긴 막대모양의 초전도체에 축과 나란하게 자기장을 가하면 임계자기장에 도달할 때까지 완전반자성(마이너스 효과)을 나타내는 것이 제1종 초전도체라 하며 단체 원소들이 여기에 속한다.

– 한편 Nb나 다수의 합금은 하부임계자기장까지는 완전반자성을 나타내지만 그 이상의 자기장에서는 자속이 내부로 들어가서, 상부임계자기장 이상에서는 항상 전도 상태가 되는데 이러한 초전도체를 제2종 전도체라 한다.

○ 1973년에 전이온도(Tc)가 23.2K(Nb-Ge)인 것이 개발되고 86년에는 30K인 초전도체가 개발되었다. 또한 87년에는 액체질소온도(77K)의 Y-Ba- Cu-O라는 초전도체가 발견되어 실온에서 실용화가 기대되고 있으며, 최근에는 본문에서 서술한 바와 같이 경원소를 함유하는 화합물(붕화물, 탄화물 등)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

– 이러한 초전도체는 자기유체발전(MHD), 자기공명이미징(MRI), 전력저장, 초전도자석 재료 등에 이용되고 있으며 향후 핵물리학 분야나 전기화학분야에 더욱 활용될 것이 예측되고 있어 이 분야의 연구가 더욱 활발하게 진행되기를 기대해 본다.

저자: Takahiro MURANAKA
자료유형: 학술정보