[마이크로디바이스] 극저온에서의 물리적 현상.

소개글

[마이크로디바이스] 극저온에서의 물리적 현상.에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

효과가 나타나 전자들이 쌍을 이루며 움직인다.
초전도체에서는 전자가 지나가면 도체내의 양이온 원자들이 움직이는 전자쪽으로 쿨롱 전기력에 의해 약간 끌리게 된다. 그래서 다른 쪽에 있는 전자들이 양이온 원자들이 움직이는 것을 보고 먼저 지나간 전자쪽으로 끌려오는데, 이는 마치 먼저 지나간 전자가 + 전하를 띤 것으로 보이는 효과다. 그래서 먼저 지나간 전자와 나중에 따라온 전자가 하나의 쌍을 이루며 이동하는데, 이를 '쿠퍼 전자쌍'이라고 한다.
쿠퍼 전자쌍 때문에 전류가 아무런 저항을 받지 않고 흐를 수 있다. 재미있는 사실은 결국 나쁜 도체일수록 초전도가 잘 나타난다는 점이다. 전도성이 좋은 금, 백금, 은에서는 아직 초전도가 발견되지 않았다.
쿠퍼전자쌍들은 보통의 전자들의 움직임에 비해 에너지가 낮아 흩어지지 않고 움직인다. 그러나 온도가 올라가면 전자들의 에너지가 높아져 전자쌍은 깨진다. 이 때문에 고온에서 초전도현상이 일어나기가 어렵다.
☆'마이스너(Meissner)효과'
액체헬륨을 이용해 수은을 절대온도 0도에 가깝게 냉각시킬 수 있었는데, 수은의 전기저항이 액체헬륨 의 기화온도인 4.2K근처에서 급격히 사라지는 것을 발견했다. 이것이 바로 전기저항이 전혀 없는 초전도현상이다. 초전도현상의 또 다른 특징은 초전도현상이 단순히 저항만 없어지는 것이 아니라 초전도체 내부의 자기장을 밖으로 내보내는 현상임을 알아냈다. 이와 같은 자기 반발 효과를 '마이스너(Meissner)효과'라고 부른다. 자기장차폐효과로서 마이스너(Meissner)에 의해 발견된 이 성질은 초전도 덩어리 내부에는 항상 자기장이 존재하지 않는다는 성질이다. 초전도체를 냉각시키는 방법에는 두가지가 있 는데 자기장이 존재하는 상태에서 냉각시키는 방법(Field Cooling;FC)과 자기장이 존재하지 않는 상태에서 냉각시키는 방법(Zero Field Cooling;ZFC)가 그것들이다. 초전도 덩어리는 이 두가지 방법중 어떤 것을 택하여 냉각을 시키던지 내부의 자기장은 항상 존재하지 않는다. 이 것은 초전도체 표면에서 초전도체에 가해지는 자기장을 상쇄시키는 방향으로 전류가 흐르기 때문이다.
초전도체 위에 자석을 두면 자석에서 발생되는 자기장이 초전도체 내부에 침투하게된다. 그러나 초전도체는 보통물질과 달리 자기장을 배척하는 성질이 있으므로 자석은 초전도체위 에 떠 있을 수밖에 없다. 초전도체 사진들을 보면 자석이 떠 있는 것을 볼 수 있는데, 바로 이와 같은 원리 때문이다.
⑶결론: 21C의 핵심 선도기술 초전도의 미래
다가오는 21세기에서는 초전도 혁명이 그 모습을 서서히 드러낼 것으로 예측된다. 초전도체의 응용분야는 상당히 넓기 때문이다. 전력기기부터 전자디바이스까지 모든 분야에 걸쳐 응용이 가능하다. 초전도는 주로 전기저항이 없다는 특성을 이용해 에너지 손실없이 많은 전류를 흘릴 수 있다는 특징과 높은 자장의 자석을 제작할 수 있다는 점을 이용한다.(무손실, 환경 친화적, 소형화 및 경량화)
1.에너지 분야.
초전도 발전기는 에너지 손실을 현재보다 40%나 줄일 수 있어 선진국에서 많은 연구가 이뤄지고 있다. 초전도자기에너지저장소(SMES)는 초전도 코일에 매우 큰 전류가 흐를 때 형성되는 자기장 내에 에너지를 저장하는 장치로 일종의 '전기통조림'이다. 저온 초전도체를 이용한 1MWh규모의 SMES는 이미 응용이 가능하다. 전력응용 측면에서 볼 때 초전도전선을 이용한 송전도 연구가 많이 되는 분야다. 초전도선재가 개발되면 현재 구리로 되어있는 선재들의 낮은 효율을 상당히 높여 열로 발생되어 아무 소용없이 소모되는 전력을 실제로 쓸수 있는 전력으로 돌릴수 있다. 따라서, 상당한 전력의 절약이 가능하게 된다. 그리고, 초전도체가 상전도체를 대체하게되면 기기들이 효율에서도 상당한 발전을 얻을수 있을것이며, SMES(수퍼 마그넷 에너지 저장소)나 초전도한류기등의 기기 개발로 인한 전력의 원활한 공급 및 기기 보호에서도 현재에는 기대할수 없는 효과를 얻을수 있을것으로 예측된다. 이밖에도 초전도 자석을 이용한 핵융합 발전(핵융합 청정 에너지)이나 가속기, 고온 초전도 스위치 및 정류회로, 자기에너지 저장 장치는 잘 알려진 초전도 응용사례다.
2. 전자 device분야
전자디바이스에의 적용으로 현재 반도체를 대신하여 초전도로 제작된 칩을 쓰게되면 현재의 컴퓨터보다 월등히 빠른 컴퓨터의 제작이 가능하다. 초전도를 이용한 통신이 첩보전에 쓰인다는 것은 매우 흥미롭다. 보통의 전파를 이용한 위성간의 통신은 전리층을 뚫고 들어오기 때문에 지상에서 도청이 가능하다. 그런데 초전도 를 응용한 전파는 전리층을 뚫지 못해서 지상에 염탐할 수 없다. 초전도를 이용하면 테라 (1012) Hz의 주파수영역을 이용할 수 있는데, 재래식금속은 이 주파수에서 열에 의해 녹아버 린다. 이밖에도 초전도는 초전도양자간섭장치(SQUID)를 만들어 사람의 심장이나 뇌에서 발생 하는 미세한 자장을 측정할 수 있고, 조셉슨소자를 이용해 여러 가지 검출기와 엄청나게 빠른 속도를 지닌 슈퍼컴퓨터를 만들 수 있다.
3. 의료 기기 분야
의료기기에서의 응용도 현재 전망이 밝다. 의학적 응용에서는 자기공명현상(MRI)을 이용하여 뇌의 내부구조를 알아내는데 초전도자석이 쓰여왔다. MRI 방 법은 뇌의 내부를 직접 관찰하거나 X-선을 사용하지 않으므로 뇌의 내부에 상처를 입히지 않아도 된다. 이때 강력한 자석이 필요한데, 이를 위해 초전도 전선 내부에 강력한 전류를 흘려 사용한다. 그리고, 초전도 뇌자기 센서등의 기기개발로 인체의 진단에 있어 현재보다 월등히 정확해지게 되어 오진의 방지 및 발병의 초기진단 가능으로 인간의 수명을 보다 길게 연장시킬수 있을 것이다.
4. 교통 및 수송
수송분야의 혁명도 기대되는데 일본, 독일, 미국 등에서 개발중인 초전도자기부상열차는 현재 고속철도차량에 비해 훨씬 높은 속도를 갖게 되어 육상수송에서의 혁명이 기대된다. 그리고, 환경오염등의 중요한 문제가 해결될 경우 초전도전자추진선도 전망이 밝아질 것이다.
《참고문헌》두산 세계대백과 사전
신비로운 초전도의 세계 (한승출판)
지안프랑코 비달리지음 이성익.양인상 옮김

키워드

[마이크로디바이스] 극저온에서의 물리적 현상,   물질의 구성요소,   원자핵,   마아크로디바이스