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초전도기술을 이용한 양자 전기표준의 현황

전문가 제언: ○ 거시적인 양자현상인 초전도성이 발견된 지 100년이 지났다. 전기저항 없이 전류를 흘릴 수 있는 초전도체의 성질은 전기를 사용하는 거의 모든 분야에 이용될 수 있다. 하지만 일상생활에서 초전도체의 응용을 찾아보기는 쉽지 않다. 병원에서 진단에 사용하는 자기공명영상장치(MRI)가 거의 유일한 예이다. 25년 전에 발견된 고온초전도체의 응용도 좀 더 기다려야 할 것이다.

○ 초전도체의 또 다른 특성인 조셉슨 효과는 초전도 전류가 얇은 막이면 그 막이 절연체이던 금속이던 간에 전압을 걸어주지 않아도 통과할 수 있는 성질이다. 이 효과도 양자현상이며 50년 전에 영국의 조셉슨이 발견하였으므로 조셉슨 효과라고 불린다. 이 발견을 더 극적으로 만드는 것은 조셉슨이 당시 케임브리지대학 물리학과의 대학원생이었다는 사실이다. 조셉슨은 10년 후 이 발견으로 노벨물리학상을 수상하였다.

○ 조셉슨 효과를 이용한 전압표준은 산업화를 추구하는 모든 국가에서 사용되고 있다. 현대 사회에서 전기의 쓰임새를 고려할 때 초전도성이 일상생활에 가장 큰 영향을 미친 예라고 할 수 있다. 측정표준은 산업과 과학기술의 발전에 필수적인 기반기술이다. 측정표준의 수준이 바로 한 국가의 산업 및 과학기술의 척도라고 할 수 있기 때문이다.

○ 직류전압의 1차 표준으로 시작된 조셉슨 전압표준은 이제 교류표준에도 응용된다. 그밖에 조셉슨 소자는 온도표준과 의료 진단장치, 기타 정밀 전자기기에도 응용범위를 넓이고 있다. 미래에는 컴퓨터와 기억소자로서도 중요한 역할을 할 것이다.

○ 전압표준에 사용되는 조셉슨 접합 어레이(JJA)는 수만～수십만 개의 조셉슨 접합이 집적되어 있다. 특수한 집적소자 제작기술이 이용된다. 우리나라는 80년대부터 표준과학연구원이 JJA 제작을 추진하여 성공하였다. 미국, 독일, 일본에 이어 자체적으로 JJA를 제작할 수 있는 국가이다. 교류 전압표준 및 온도표준에의 응용도 수행 중이다. 더욱 다양한 분야의 응용이 가능한 기술이므로 앞으로 더욱 분발을 기대한다.

저자: Nobu-hisa Kaneko
자료유형: 학술정보