현재 초전도체가 저온에서만 작동하는 이유가 무엇인가요?

Question

최근 상온, 상압에서 초전도체 유무로 학계가 뜨거운 관심을 보내던데, 기존의 초전도체는 왜 저온에서만 작동하는 건가요?

왜 극저온에서만 초전도체가 존재하였나요?

Answer 1

안녕하세요. 김민규 과학전문가입니다.

보통 저항이 발생하면서 열에너지로 손실되고 이 때문에 열이 발생하게 됩니다.

반대로 열이 발생하지 않는다면 저항이 없다는 것을 의미하는데요. 즉, 초전도체 자체가 저항이 없는 상태이기 때문에 임계 온도 이하 즉, 저온에서만 실현이 가능합니다.

Answer 2

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.

영구적인 전기 저항의 부재: 초전도체는 특정 온도인 임계 온도 이하에서 전기 저항이 완전히 사라지는 현상인 '영구적인 전기 저항의 부재'를 나타냅니다. 이는 초전도체 내의 전자들이 잘 정렬되어 전기 전달에 거의 저항이 없이 움직이기 때문에 발생합니다. 그러나 높은 온도에서는 정렬이 깨지고, 전자들이 서로 충돌하거나 이온들과 상호작용하기 때문에 전기 저항이 다시 나타납니다.

Answer 3

안녕하세요. 박준희 과학전문가입니다.

저온에서 저항값이 0에 도달하기 때문입니다.

전도체는 저항으로 인해 값이 다운되는데 저항자체가 없다면 초전도체 성능구현이 가능하죠.

Answer 4

안녕하세요. 김석진 과학전문가입니다.

초전도체가 극저온에서만 작동하는 이유는 바로 "쿠퍼 쌍자상태" 또는 "BCS 이론"에 기인합니다. 이 이론에 따르면, 초전도체에서 전기 저항이 사라지는 현상은 전자들이 어떤 실체를 만들어내며 그것이 전기 저항을 감소시키기 때문입니다.

이 실체는 진동하는 입자들의 패턴으로 설명되며, 높은 온도에서는 이 패턴이 깨지거나 상호 작용하기 어려워져서 전기 저항이 발생합니다. 그래서 초전도체는 낮은 온도에서만 이러한 특성을 나타냅니다.

하지만 최근에는 "고온 초전도체"라는 개념도 발견되었습니다. 이러한 물질들은 상대적으로 높은 온도에서도 초전도 현상을 나타낼 수 있으며, 이로써 실용적인 응용이 가능해지고 있습니다.

Answer 5

안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 초전도체는 전류가 흐를떄 저항이 0이 되는 것을 초전도체라고 합니다. 이런 초전도체에서 전기 저항이 발생되는 원리는 전류가 흐르면 물체의 원자가 무작위로 움직이면서 서로 부딪히면서 저항이 발생됩니다. 그럼 부딪히면서 열도 발생되는 것이고요. 그런데 초저온이 되면 이런 원자의 움직임이 작아지면서 저항도 작아지고 그래서 아주 저온에서는 원자가 움직이지 않아서 초전도체가 된다는 것입니다. 그런데 우리나라에서 상온상압에서 초전도체를 상용화 가능하다고 해서 현재 이슈가 되는 사항입니다.