초전도체(SuperConductor) 의 정의

목차

초전도체(SuperConductor) 의 정의

초전도체의 역사

초전도체의 이론
(1)전기 저항과 임계 온도
(2)임계 온도와 임계 자기장
(3)3가지 임계값
(4)자기장보존의 법칙
(5)조셉슨 효과
(6)마이스너 효과
(7)초전도(Superconductivity)현상 (저항이 zero)가 되는 이유
(8)BCS이론

초전도체의 종류

고온초전도체
1. 극히 짧은 결맞음 길이( Coherence Length)
2. 낮은 전하밀도
3. 층상구조
4. 에너지 간격의 대칭성

MgB2 (이붕소 마그네슘) 초전도체

초전도체의 응용

고온 초전도의 기술적 문제들

앞으로의 과제

본문내용

밀어내므로 반대 방향으로 선박이 추진되는 운리를 이용하는 것이다.
(10) 우주에서의 응용
* 지구상에 존재하는 침전 , 대류 , 융기와의 접촉이 없는 우주 공간에서 초전도 재료를 개발 한다.
* 초전도를 우주 시스템에 이용할 수 있다.
◈초전도체의 응용분야 (소규모 이용)
(1) 전자 공학 분야에서의 응용
* 초초 LSI (ULSI보다 더 고밀도로 집적된 LSI )와 초전도
* 단결정 제조 장치
* 전사 장치
(2)고온 초전도 박막 응용
* 수동 고온 초전도 극초단파 소자
* 저항 방사열계와 빠른 광 검출기
* 하이브리드 소자 구조
* 터널 접합과 SQUID
(3) 의료 및 생체 과학에의 응용
* 자기 공명 진단 장치
-인체를 구성하는 물의 수소 원자 핵이 강한 자기장에 놓이면 그 스핀에 의해 분자들이 자기장의 방향으로 가지런히 모인다. 이에 직각 방향으로 고주파자기장을 가해주면 특정 주파수에의해 스핀이 공명을 일으킨다. 이를 핵자기공명(NMR) 이라고 부르고 , 이를 이요한 공명 장치가 자기 공명 진단 장치이다.
* SQUID 자속계
-인체는 미소 전류(미소 자기 발생)에 의해 동작 되고 있는데 SQUID 자속계에 의해서 이런 아주 미약한 자기장을 측정할 수 있어 보다 정확하고 조기에 병의 근원을 발견 할 수 있다.
고온 초전도의 기술적 문제들
고온 초전도체든 재래식 초전도체든 초전도 전이온도나 전류 수송 능력 등 초전도성이 좋을 뿐만 아니라 기계적 강도, 얼마나 모양을 만들기 쉬운가를 나타내는 연성, 적은 처리비용 등 판매 가능한 장치를 개발하는 데 중요하게 고려해야 하는 여러 가지 성질이 고루 좋은 물질을 얻기가 어렵다. 그리고 산화물 초전도체는 준안정화합물이기 때문에 대기압 상온에서 안정하지 않고 서서히 더욱 안정된 구조로 변해가는 것이다. 준안정성이 물질을 제조하는데 문제가 되고 있다.
고온 초전도체는 자기장의 침투를 잘 막는 성질이 있다. 저온 제2종 초전도체처럼, 고온 초전도체 안에도 자기장이 자속 다발 형태로 침투한다. 이 다발을 초전도상태가 상전도 상태로 바뀐 곳에 자기장이 집중된 것으로 볼 수 있다. 이런 영역들은 초전도 물질에 의해 둘러싸여 있다. 만약 외부에서 전류가 공급되면, 전류는 저항 없이 초전도 영역을 통해 흐르게 된다. 그러나 자기장 다발들이 존재하게 되면, 전류는 이 다발들을 밀어내려고 할 것이고 그러는 동안 열이 발산될 것이다. 결과적으로 전류는 이 과정에서 전기저항을 유발하게 되는 것이다. 불순물이나 결함에 자속 다발이 묶이는 성질을 이용하여 자속 다발들이 움직이지 않도록 잡아 둘 수 있다면 열의 발산을 막을 수 있다.
초전도 박막을 연구하는 목적 중 하나는 회로의 집적화이다. 전자칩은 현재 반도체 물질(Si, Ge, GaAs)로 만들어지나 새로운 초전도물질로 만들려고 연구한다. 1-2-3 산화물 초전도 필름을 얻기 위해서는 고온에서 박막에 몇 백도 정도의 열을 가해 주어야만 한다. 이때 원자들 간의 상호 확산이 일어날 수 있고 이로 인하여 칩 동작성의 품질이 떨어지거나 칩이 파괴되는 결과를 낳을 수도 있다. 이 온도는 반도체로 만들어진 기판의 구조나 전기적 특성을 심각히 떨어뜨릴 수 있다. 고온 초전도체 개발은 박막에서의 전기적 특성이나 공정, 특성화 방법 등이 매우 빠르게 발전되어 왔다. 기판의 화학적 안정성과 무반응성이 그 위에 만들 초전도 전자 칩의 안정성에 중요하다. 몇몇의 새로운 물질은 화학적으로 매우 불안정해서 박막 제조나 공정시 산소를 잃거나 기판들과 반응을 하기도 한다.
앞으로의 과제
포항공대 초전도연구단의 이성익·강원남 교수는 절대온도 39K에서 초전도 기능을 지닌 마그네슘 다이보라이드(MgB2) 박막을 세계 최초로 제조하는 데 지난 5월 성공했다．액체헬륨을 사용하지 않고 단순한 전기냉장고로도 충분히 온도를 낮출 수 있는 MgB2는 재료구하기도 쉽고 현존하는 어떤 초전도체보다 많은 양의 전류를 흘릴 수 있는 장점이 있는 것으로 고온초전도체가 갖고 있던 최대약점을 극복한 것으로 세계 과학계를 흥분케했다. 이는 약 10년간 초전도체 기초·기반기술공략에 국가차원에서 과감하게 투자해온 데 따른 것으로 볼 수 있다. 이 교수팀이 개가를 올린 데서 보듯 우리나라는 초전도재료, 에너지응용, 전자통신 등의 원천기술은 선진국의 60∼70% 이상 약진했다는 평가도 있다.
그러나 선진국들은 이미 법과 전문조직을 갖추고 산·학·연 종합개발프로그램을 수행해온 지 오래이지만 우리나라는 응용면에서는 아직 초기태동기이다. 지난 5월에야 논란끝에 프런티어사업단이 구성돼 초전도기술의 산업화를 위한 기본 인프라 구축에 닻을 올렸지만 때늦은 감이 없지 않다.
CONECTUS는 2010년께 초전도 소자는 약 2조4천억원, 전력 시스템은 1조2천억원의 시장을 이룰 것으로 예상하고 있다. 2020년이면 소자 90조원, 전력분야 30조원으로 차이가 커질 전망이다. 그러나 과학기술부는 지난해 프런티어사업단을 선정하며 전력 분야에만 10년간 매년 약 1백억원씩을 투입키로 했다. 반면 더 큰 시장을 이루는 소자 분야 연구비 지원은 올해 약 7억원으로, 전력 분야의 10분의1에도 미치지 못하는 불균형을 이루고 있다. 전력 및 에너지, 전자, 정보통신, 교통, 생명, 의료, 거대과학, 환경 등 산업 전 분야 걸쳐 응용되어 반도체 이후 제 3의 산업혁명을 이끌 것으로 예상되는 초전도기술은 그 막대한 시장규모만큼이나 인류의 생활에 많은 영향을 미칠 것으로 보이며 실용화 시기도 향후 10년 내외로 바로 목전에 와 있다. 이제 우리도 미국이나 일본과 같이 세계를 선도하려면 과거 막연한 미래기술로만 여겨 왔던 초전도기술을 국가경제규모에 걸맞게 정부나 산업체로부터 보다 적극적이고 집중적인 투자하는 지혜를 발휘할 때라 여겨진다.
<참고자료>
2001-07-21 종합 / 국민일보
2002-04-04 의학 / 연합뉴스
2002년 10월 9일자 중앙일보
http://www.skrrlf.com
http://www-psc.postech.ac.kr/
http://home.nownuri.net/~murakano/
http://my.dreamwiz.com/ssimjee/

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