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전자기학과 초전도

전문가 제언: ○ 이 글에서는 초전도체의 자기적 특성과 도체의 전기적 특성 비교를 유전체와 자성체의 유사성을 이용, 초전도체를 전기학학적인 물질로 취급하여 초전도체의 정자기현상인 완전반자성에 대해 기술하고 있다. 유사성에 대한 기술로써 물질에 따라 다른 물리량을 환산계수로 나타내면 같은 방정식을 만족하는 대응 상태의 원리를 도입하는 경우가 많다. 이 대응 상태의 법칙은 서로 다른 임계압력, 임계온도, 임계용적을 가진 두 물질에서 어느 2가지의 비율이 같으면 다른 하나도 같게 된다.

○ 네덜란드의 Onnes는 1908년 기체헬륨을 압축하여 4K(-269℃)에서 헬륨액체를 만드는데 성공하였고, 1911년 수은을 저온으로 냉각시키면서 전기저항을 측정하던 중 4.2K 부근에서 수은의 저항이 급격히 사라지는 초전도체를 최초로 발견하였다. 또한 이 초전도체에다 충분히 강한 자기장이나 전류를 가하면 초전도성이 사라지고 저항이 다시 정상 값으로 복원되는 것을 발견하였다.

○ 1933년 초전도 현상의 새로운 발견인 고온초전도가 발견되었다. 독일의 Meissner와 Ochsenfeld에 의해 초전도체가 단순히 저항만 없어지는 것이 아니라 초전도체 내부의 자기장을 밖으로 내보내는 현상인 자기반발 효과가 있음을 발견하였다. 이 Meissner 효과는 저항이 없어지는 특성과 함께 초전도의 가장 근본적인 공중부양 특성에 대해 알려지기 시작하였다.

○ 1933년에 발견된 Meissner effect는 자기장을 배척하는 반자성 성질로 물질에 따라 그 정도가 다른데 초전도와 같이 자력을 100% 배척하는 것이 완전반자성체이다. 공중부양에는 고온초전도체, 영구자석(Nd-B-Fe), 액체질소(77K)가 필요하며 4개의 영구자석을 같은 극이 교차하도록 배열하면 초전도체가 안정적으로 부양하는 자력선분포를 만든다. 자석의 자력이 강할수록 부양력이 크고, 초전도체는 시간이 경과함에 따라 온도의 상승으로 초전도상태가 약화되므로 향후 이들에 대한 연구결과가 우수한 완전반자성체의 제조성공을 좌우할 것이다.

저자: Matsushita Teruo
자료유형: 학술정보