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자기광학현미경을 이용한 초전도선재의 자속관찰

전문가 제언: ○ 구리산화물 고온초전도체가 발견되어 세상을 떠들썩하게 한지도 어느덧 4반세기를 넘었다. 그간 과학자들의 꾸준한 연구개발이 계속되어 몇몇 기술은 상용화 단계에 이르렀다.

○ 고온초전도체는 넷 이상의 원소로 이루어진 복잡한 화합물이고 세라믹이어서 다루기가 힘들다. 특히 경제적 파급효과가 큰 에너지 분야의 응용은 선재로 제작해야하는 전제조건이 있다. 이미 상용화 된 1세대(1G) 고온초전도 선재인 Bi계는 임계온도(Tc)가 110K 정도로 높아 액체질소를 냉매로 이용할 수 있지만 고자기장을 가하면 성능이 급격히 저하되어 응용이 제한된다. 현재는 Tc가 90K로 낮지만 고자기장에서 임계전류가 높은 2세대(2G) RE123 선재의 개발이 대세이다.

○ 단결정 수준의 기판에 박막형태의 초전도체를 증착해야하는 2G 선재의 개발은 그간 어려움이 많았다. 현재 수백 미터의 길이와 1000A에 가까운 전류를 흘릴 수 있는 선재가 개발되어 길이는 단기목표인 1㎞에 근접하였다. 임계전류도 꾸준히 향상되고 있다.

○ 여기서는 초전도선재의 성능향상을 위해 필수적인 자속관찰에 자기광학효과를 이용한 측정방법과 기기개발에 대해 소개한다. 자기광학법은 빛과 자기의 상호작용을 이용하여 자속을 관찰한다. 따라서 공간분해능이 기존의 홀 소자법보다 월등히 높고 응답시간이 고속이므로 실시간 관찰이 가능하다. 이 기술은 초전도체뿐만 아니라 다른 자기 테이프에도 응용된다.

○ 초전도선재 개발은 미국과 일본이 주도한다. 양국 모두 국가과제로 추진되어 산학연 협력이 활발하다. 특히 미국은 에너지부가 주관하여 2G 선재개발과 응용에 주력한다. 우리나라의 고온초전도체 관련 국가과제는 응용기기 개발에 중점을 두었다. 2G 초전도체 선재의 자속연구는 KAIST와 경북대에서 하고 있다. 나노소자 개발과 관련하여 서울대 등에서도 광자기현미경 자력계개발이 수행되었다. 고온초전도의 기본 메커니즘 규명을 위해서도 자기광학효과의 연구가 필요하다.

저자: Takato Machi
자료유형: 학술정보