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MgB2 초전도 가닥의 특성향상 전망

전문가 제언: ○ 2001년에 발견된 MgB2는 여러 가지 특성에서 금속 또는 금속합금인 저온초전도체(LTS)와 구리산화물 고온초전도체(HTS)의 중간에 해당한다. 임계온도(Tc)는 40K로 23K가 최고인 LTS의 두 배 정도이며 90～130K인 HTS 보다는 월등히 낮다. 다른 임계특성인 Hc2와 Jc도 대략 LTS 보다는 높고 HTS 보다는 낮다.

○ 초전도 응용분야에서 MgB2에 관심을 갖는 이유는 LTS에서는 필수적인 액체헬륨을 냉매로 사용하지 않아도 된다는 점이다. 저온냉각기를 사용하면 냉매 없이 냉각할 수 있다. MgB2는 이원화합물이고 결정구조와 초전도성의 기본 메커니즘이 HTS와 비교할 수 없을 정도로 간단하다는 장점이 있다.

○ 발견된 지 몇 년 되지 않지만 PIT 방법으로 제조된 MgB2 선재가 상용화되어 있으며 1 T 수준의 자석도 제작되었다. 고자기장을 필요로 하지 않는 전력기기, 즉, 전력케이블, 변압기 등에 응용가능성이 높다.

○ MgB2의 임계특성을 향상하려는 많은 노력이 있다. 흔히 사용되는 방법이 도핑이다. 도핑제를 사용하여 Tc를 높이려는 시도는 성공하지 못하였다. 모든 종류의 도핑은 Tc를 내린다. 반면에 도핑으로 Hc2와 Jc는 향상된다. 단결정의 Hc2가 18T를 약간 상회하는 데 비하여 SiC를 도핑한 박막은 Hc2(0)가 70T에 이른다. Jc도 2.5×107A㎝-2로 월등히 높다.

○ 선재의 Jc는 106A㎝-2 수준으로 박막보다 낮으나 10배 이상 향상할 여지가 있다는 점이 고무적이다. 다만 PIT 방법으로 제조할 때 생기는 기공과 결정경계를 줄여 연결성을 높이는 문제가 해결되어야 한다.

○ MgB2의 비등방성과 자기장을 가하면 Hc2가 급속히 감소하는 문제는 물질 본연의 특성이므로 도핑을 비롯한 제조방법으로 개선하기에는 한계가 있다. 그렇더라도 현재 10T 이상의 고자기장 발생에 사용되는 Nb3Sn 보다 경제적인 초전도체로서 MgB2의 전망은 매우 좋다. HTS의 대규모 상용화가 대략 2020년 이후로 예상되므로 그 전에 MgB2가 응용될 것으로 기대한다.

저자: E WCollings, M D Sumption,M Bhatia, M A Susner, S D Bohnenstiehl
자료유형: 학술정보