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철계 초전도체에서의 자성

전문가 제언: ○ 철(Fe)을 기저로 하는 화합물에서 임계온도(Tc)가 26K인 초전도체가 발견된 지 2년이 경과하였다. 그간 다양한 도핑을 통해 수많은 철계 초전도체가 발견되었다. 25년 전 구리산화물 고온초전도체(HTS)가 발견 되었을 때의 상황이 반복되는 것 같은 인상을 준다.

○ 현재 Tc가 가장 높은 철계 초전도체는 Gd1-xThxFeAsO로 56K이다. 구리산화물 HTS와 비교하면 Hg 계열이 165K이고, 이미 상용화가 된 Bi 계열이 120K이므로 Tc는 많이 낮으나 앞으로 높아질 가능성이 있다.

○ 철계 초전도체는 구리산화물 HTS와 여러 가지 유사성을 갖고 있다. 희토류 원소를 포함하여 4, 5개의 원소로 된 화합물이라는 점과 많은 경우에 산소를 포함한다는 점도 같다. 모화합물에 도핑을 하면 결정구조의 전이가 나타나고 도핑에 따른 상평형도에 자성을 가진 상이 나타나는 점도 비슷하다.

○ 차이점은 구리산화물의 경우에는 CuO면이 초전도 전류를 흘리는 데 비하여 철계 초전도체에서는 FeAs면이 그 역할을 담당한다. 또한 철계 초전도체에서는 자성이 초전도성과 공존하는 경우가 있다.

○ 이 논문에서는 철계 초전도체에서 공통적으로 나타나는 자기 질서와 스핀 동역학을 실험결과를 중심으로 논의하였다. 비탄성 중성자 산란, Fe의 뫼스바우어 효과, NMR 등이 특성 측정에 주로 이용되었다.

○ 아직 상반되는 결과가 많고, 실험에 필요한 단결정 시료를 얻는 데도 어려움이 있으나 많은 데이터가 축적되었다. 철계 초전도체의 기본메커니즘 규명에 필수적인 자성과 초전도성의 상관관계를 이해하는 데 기여할 것이다.

○ 이 분야의 국내연구는 저조하며, 일부 대학에서 기초연구를 수행한다. 가장 활발한 연구가 수행되는 나라는 놀랍게도 중국과 일본이다. 세계 제일의 희토류금속 매장량과 생산국인 중국이 구리산화물 HTS와 더불어 철계 초전도체에서도 두각을 나타낼 것으로 예상한다.

저자: M D Lumsden and A D Christianson
자료유형: 학술정보