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BCS이론에 기초한 MgB2의 초전도성

전문가 제언: ○ 초전도체에 대한 주된 관심은 다양한 응용에 관한 것이다. 현대생활에서 전기가 차지하는 위치를 고려하면 전기저항이 없이 전류를 흘릴 수 있는 초전도체의 응용가능성은 쉽게 짐작할 수 있기 때문이다. 초전도체가 발견된 지 100년에 가까우면서도 아직 우리 주위에서 초전도제품을 찾기가 쉽지 않다. 병원에서 진단에 사용하는 MRI가 일반인이 볼 수 있는 거의 유일한 초전도제품이다.

○ 초전도체를 응용하는 데 가장 큰 장벽은 오랫동안 이 물질이 절대영도 근처의 극저온에서만 발견된다는 점이었다. 1986년에 고온초전도체(HTS)가 발견되면서 이 문제는 해결되었다. 그러나 HTS가 발견된 지 20년이 지난 오늘날에도 초전도체는 실험실에 남아 있다. 구리산화물인 HTS는 선재를 제조하기가 힘들고 기술적으로 해결해야 할 문제가 너무나 많다.

○ 2001년에 발견된 MgB2는 여러 면에서 유리하다. Tc는 39K으로 금속이나 금속합금인 저온초전도체보다 2배 가까이 높다. HTS(최고 Tc～150 K)보다 월등히 낮으나 HTS가 가진 재료적 문제가 없다. 그리고 40 K는 액체헬륨과 같은 저온냉매를 사용하지 않고 저온냉동기로 냉각할 수 있는 온도이다.

○ MgB2의 또 다른 장점은 이 물질이 초전도체가 되는 기본 메커니즘이 이미 확립된 BCS이론으로 설명할 수 있다는 점이다. 즉, 포논 중재에 의해 전하가 쌍을 형성하여 초전도체가 된다. Tc의 동위원소효과와 전하 쌍의 터널링 현상이 실험적으로 관찰된다. Tc가 BCS이론의 한계치보다 높은 것에서 볼 수 있듯이 전통적인 BCS 금속초전도체와는 다른 점이 많다. 전하 운반자가 전자가 아니라 양공인 점은 오히려 HTS와 비슷하다. 두개의 에너지 갭이 있는 것도 다르다. 그러나 원칙적으로 포논 중재의 BCS형 s-파 초전도체라는 점은 확인되었다.

○ 여러 원소를 도핑하여 Tc를 높이려는 시도는 성공하지 못하였다. 하지만 이런 시도는 MgB2와 비슷한 2원, 3원의 가벼운 원소의 화합물, 즉 질화물, 붕화물, 탄화물에서 초전도체 발견에 도움이 될 것이다.

저자: Vinod, K; Varghese, N; Syamaprasad, U; AF Vinod, K.; Varghese, Neson; Syamaprasad, U.
자료유형: 학술정보