초전도 현상이 극저온에서 일어날때 저항이 왜 급격하게 사라지는건가요?
그래프를 하나 봤는데요.
원래는 온도가 낮아 짐에 따라 서서히 전기저항이 일정하게 줄어들다가
초전도 현상이 발생하기 시작할때 급격하게 저항이 사라지는 현상은 왜 일어나는건가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 초전도체에서 전기 저항이 발생되는 원리는 물체의 원자가 전류에 의해서 흔들리면서 그때 저항이 발생되는 것입니다. 그런데 초저온에서는 원자의 흔들림이 줄어 들고 움직임이 제한되어서 저항이 발생되지 않아서 초전도체가 만들어 질수 있는 것입니다. 그런데 우리나라에서 초저온이 아닌 상온상압에서 초전도체를 개발했다고 하니깐 전세계가 이목을 끌고 있는 것입니다.
초전도 현상은 극저온에서 일어날 때 저항이 급격하게 사라지는 현상을 말합니다. 이 현상은 수많은 전자들이 저온 상태에서 특정한 방식으로 상호 작용하면서 발생합니다. 아래는 초전도 현상의 주요 이유들입니다:
커퍼 페어링: 극저온 상태에서 초전도체의 전자들은 상호 간에 커퍼 페어링이라고 불리는 특정한 매커니즘으로 결합합니다. 이 커퍼 페어링은 전자들을 양자적으로 결합시키는데, 이로 인해 전자들이 자유롭게 이동할 수 있는 공유 전자 상태가 형성됩니다.
전자 쌍화: 초전도체의 전자들은 특정 온도 이하로 냉각되면 쌍화 현상이 발생합니다. 이는 전자들이 쌍으로 묶여서 이동함을 의미합니다. 쌍화된 전자들은 상호간에 힘을 서로 상쇄시키기 때문에, 전류의 저항을 만드는 장애물이 사라집니다.
런더-페리 현상: 초전도체는 일정 온도 이하에서만 초전도 상태를 유지합니다. 이를 크리티컬 온도라고 합니다. 크리티컬 온도를 초과하면 저항이 다시 나타나기 때문에 극저온 상태에서만 초전도 현상이 관찰됩니다.
위의 이유들로 인해 초전도체는 극저온에서 매우 낮은 전기 저항을 가지며, 전류가 자유롭게 흐를 수 있게 됩니다. 이러한 특성으로 인해 초전도체는 많은 과학적, 기술적 응용 분야에서 사용되고 있으며, 고속 철도, 자기공진장치, 자기공진자센서, 자기공진자계 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.