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포논중재 초전도성의 새로운 돌파구

전문가 제언: ○ 초전도체의 발전사는 한 마디로 뜻밖의 발견(serendipity)의 연속이다. 1911년 최초로 수은의 초전도성을 발견한 네덜란드의 캐머링 온네스도 수은의 전기저항을 온도의 함수로 측정하다가 4.2K(임계온도; Tc)에서 운 좋게 전기저항이 없어지는 현상을 발견하고 초전도라고 불렀다.

○ 그 후 각종 원소, 합금, 화합물 등 수백 종의 초전도체(저온초전도체; LTS)가 발견되었다. 1970년대에 들어서 NbTi, Nb3Sn 등의 실용적인 초전도체가 개발되어 MRI, 입자가속기 등에 실용화가 이루어졌다. 그 때까지도 최고의 Tc는 23K(Nb3Ge)로 냉매로는 액체헬륨이 필수적이었다.

○ 1986년에 구리산화물에서 초전도성이 발견되고 이듬해 YBa2Cu3Ox의 Tc가 액체질소 온도(77K) 보다 높은 90K로 알려지면서(고온초전도체; HTS) 초전도연구는 새로운 전기를 맞는다.

– 세계적으로 수천의 연구팀이 새로운 초전도체 발견에 참가하여 Bi계, Tl계, Hg계를 포함한 구리산화물에서 수백 종의 새로운 초전도체를 발견하였다. Tc는 Hg계에서 133K, 압력 하에서는 165K가 최고이다.

○ 이론적인 측면에서 보면 1957년에 Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)에 의한 포논중재 미시이론이 LTS를 성공적으로 설명하였다. 그 후 전자-포논결합이 강한 경우에도 적용이 가능하도록 확장되었다. 그러나 이 이론은 HTS에 적용할 수 없다는 것이 현재의 상황이다.

○ 2001년에 발견된 MgB2는 Tc가 40K인 포논중재 초전도체이다. 이런 높은 Tc는 BCS에 기반을 둔 강결합 이론으로는 설명하기가 어렵다. 반면에 포논중재 메커니즘으로 더 높은 Tc가 가능하다는 증거이기도 하다. 이 논문에서 몇 개의 예로 가능성을 제안하였다.

○ 새로운 초전도의 발견이 이론적으로 예측된 적이 없다고 주장하는 실험물리학자도 있다. 그렇다고 해도 뜻밖의 발견을 하기 위해서도 이론을 길잡이로 한 끊임없는 노력이 필요하다. 새로운 초전도체 발견을 위한 노력은 실온(室溫)초전도체가 발견될 때까지 계속될 것이다.

저자: W.E. Pickett
자료유형: 학술정보