극저온에서 초전도현상은 왜 생기는건가요?
안녕하세요.
극저온에서 초전도현상이 발생되는건 아는데 그 현상이 왜 생기는건지 궁금합니다.
극저온에서는 전기저항이 0이라서 그러는게맞나요?
6개의 답변이 있어요!안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.
극저온 상태는 어떤 물질의 온도가 절대 영도에 가까운 상태이다.
극저온 상태에서는 '초전도 현상'과 '초유동 현상'이 나타난다. 초전도(Superconductivity)란 어떤 온도(전이온도) 이하에서는 전기 저항이 0이 되는 현상을 말한다. 또 초유동(superfluidity)이란 액체의 점성 저항이 0이 되는 현상이다. 예를 들어 액체 헬륨은 2.2K (약 -271 °C) 이하로 냉각시키면 초유동 상태가 된다. 초전도와 초유동은 극저온에서 나타나는 특이한 현상으로, 원자 수준의 미시 세계에서 나타나는 양자 현상이 거시 세계에서 관찰되는 경우다.
안녕하세요. 김형윤 과학전문가입니다.
극저온에서 초전도 현상은 주로 두 가지 원리에 기반합니다. 첫째, 전자들이 특정한 재료 안에서의 운동에 의해 발생하는 저항 없는 전류인 초전류(Zero Resistance Current)가 형성됩니다. 둘째, 동일한 재료 안에서 자기장을 완전히 배제하는 현상인 완전배제(Perfect Diamagnetism)가 나타납니다.
초전도는 일반적으로 금속 또는 합금의 극저온 상태에서 관찰되며, 주로 특정한 재료의 크리티컬 온도 이하에서 발생합니다. 이러한 온도를 "임계온도"라고 합니다. 대부분의 초전도체들은 액체 헬륨 (He)나 액체 질소 (N2)와 같은 매우 낮은 온도로 냉각되어야만 초전도 상태에 도달할 수 있습니다.
초전도 현상은 BCS 이론(Bard-Cooper-Schrieffer Theory)으로 설명됩니다. BCS 이론에 따르면, 저온에서 원자나 이온들이 생성하는 양성자를 포착할 수 있는 전자들이 존재합니다. 이러한 전자들은 쌍으로 결합하여 Cooper pair라고 하는 복합 입자를 형성합니다. Cooper pair는 서로 반대 방향으로 회전하며, 격려함수(Phonon)라고 하는 입자를 공유함으로써 서로 강하게 결합됩니다.
Cooper pair는 전기적인 방해 요소 없이 자유롭게 움직일 수 있으므로 저항 없이 전류가 흐릅니다. 또한, 자기장을 완벽하게 배제하기 때문에 초전류가 자기장과 상호작용하지 않습니다.
요약하면, 극저온에서의 초전도 현상은 Cooper pair라고 하는 복합 입자의 형성과 그것들의 저항 없는 운동 그리고 자기장 배제와 관련된 원리에 의해 발생합니다.
안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
극저온 초전도체의경우 BCS이론에따라 두개의 전자가 포논과의 상호작용을통해 쿠퍼 쌍을 이루고, 이에의한 효과로 초전도현상을 보인다고합니다.
하지만 이 이론은 고온초전도체나 상온초전도체에서는 적용이 잘 안된다고합니다.
안녕하세요. 이태영 과학전문가입니다.
초전도현상은 극저온에서 물질의 전기저항이 0이 되는 현상을 말합니다. 초전도현상이 발생하는 이유는 아직 완전히 밝혀지지 않았지만, 일반적으로 전자가 쌍을 이루고, 이 쌍이 격자 결함에 의해 방해받지 않고 이동할 수 있기 때문이라고 알려져 있습니다.
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 초전도체는 전기저항이 0이되는 것인데요. 이 전기저항은 원자의 떨림에 의해서 발생되는 현상입니다. 그래서 초저온에서는 이런 원자들의 움직임이 제한되어서 초저온에서는 전기저항0이 되는 것입니다.
