초전도체란 무엇일까? 원리와 마이스너 효과, 응용 분야 정리
초전도체는 한때 우리나라에서도 깊은 관심을 가졌던 과학 기술로 요즘에도 가끔씩 뉴스에 등장하기도 합니다. 이번 글에서는 초전도체가 무엇인지 그리고 원리와 응용 분야에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다. 초전도체의 자기 부상 초전도체(Superconductor)의 발견 초전도체는 1911년 네덜란드의 물리학자 하이케 카메를링 오너스(Heike Kamerlingh Onnes)가 액체 헬륨 속 매우 낮은 온도에서 수은의 전기적 특성을 연구하던 중 발견하였습니다. 그는 켈빈(Kelvin) 온도 4.19 K(-268.96 °C)에서 수은의 전기 저항이 0으로 떨어지는 초전도 현상을 발견한 것입니다. (0 K = -273.15 °C) 물질의 전기 저항이 0이 되면 전류가 흐를 때에도 에너지 손실이 없기 때문에 당시에는 매우 획기적인 발견이었으며, 이후 많은 연구는 초전도 현상의 원리를 이해하고 동일한 성질을 갖는 다른 물질을 찾는 데 중점을 두었습니다. 초전도체 원리 일반적인 도체에 전류가 흐르는 경우 전자는 내부의 결정 격자와 불순물 등에 의해 수없이 산란되어 전기 저항이 발생하고, 결국 주울열(Joule Heating, P = I 2 R)에 의해 전력 손실이 생깁니다. 그러나 초전도체는 임계 온도(Critical Temperature) 이하에서 전기 저항이 0이 되어 에너지 손실 없이 전류가 흐르는 초전도성이 나타나며, 이에 대한 원리를 밝히기 위해 많은 과학자가 연구를 진행하였습니다. 마이스너 효과 (Meissner Effect) 1933년 발터 마이스너와 로버트 옥센펠트(Walther Meissner & Robert Ochsenfeld)가 발견한 마이스너 효과는 초전도체가 외부 자기장을 내부에서 밀어내는 완전 반자성 현상으로, 초전도체 위에 자석이 떠오르는 자기 부상의 원리가 됩니다. 쿠퍼 쌍 (Cooper Pairs) 존 바딘(John Bardeen), 레온 쿠퍼(Leon Cooper), 로버트 슈리퍼(Robert Schrieffe...