각종결합(이온.공유,금속) 및 초전도체에 관하여

소개글

각종결합(이온.공유,금속) 및 초전도체에 관하여에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 이온 결합
(1) 이온 결합의 형성
가. 이온의 형성
나. 이온 결합의 형성

2. 공유 결합
(1) 공유 결합의 형성
가. 공유 결합
나. 공유 결합 에너지

3. 금속 결합
(1) 금속 결합의 형성
가. 금속 결합
나. 자유전자
다. 금속 결합의 결합력
(2) 금속의 특성
가. 상태
나. 전기.열 양도체
다. 뽐힘성과 퍼짐성
라. 합  금
초전도체의 기본적인 성질
 마이스너 효과
 초전도의 이론적 설명
 에너지 밴드 갭
 초전도체의 역사
 고온 초전도체

본문내용

너지 분포가 바뀐다. 일반 도체일 때에는 전자의 에너지준위가 페르미 에너지 준위를 중심으로 연속적으로 분포한다. 즉, 전자는 페르미 에너지를 중심으로 어떠한 에너지 값을 가져도 된다. 하지만 초전도체에서는 페르미 에너지 준위를 기준으로 약간 위와 약간 아래에 전자가 존재할 수 있는 영역이 한정어 허용된 전자의 에너지 준위(값)에 구멍(갭)이 있다. 이는 초전도체 시료를 주사터널현미경으로 전기전도도의 미분값을 관찰하여 얻을 수 있다. 또한 1990년대 이후 연구된 고온초전도체의 경우에는 초전도 현상을 보이지 않는 온도 범위에서도 이러한 에너지 준위의 구멍이 존재하여 이를 유사갭(Psuedo Gap)이라고 부른다.
초전도체의 역사
초전도체는 1911년 고체 수은의 저항을 당시 발견된 액체 헬륨을 이용하여 저온에서 측정하려던 오네스(Heike Kamerlingh Onnes]]에 의해 발견되었다. 4.2 K의 온도에서 그는 저항이 갑자기 사라지는 것을 관찰하였다. [1] 이후 초전도체는 여러 다른 물질에서 발견되었다. 1913년 납의 초전도가 7 K에서 발견되었고, 1941년에는 질화 니오븀(NbNi)의 초전도가 16K에서 발견되었다. 초천도체를 이해하는 그 다음 중요한 진전은 1933년 마이스너(Walter Meissner)와 오센펠트(Robert Ochsenfeld)가 마이스너 효과(Meissner effect)로 알려진 초전도체가 자기장을 밀쳐내는 것을 발견한 것이었다. [2] 1935년 F. 런던과 H. 런던 은 마이스너 효과가 초전도 전류가 운반하는 전자기적 열역학적 자유 에너지를 최소화하려는 데에서 나타난다는 것을 보였다.[3]
1950년에, 현상론적인 긴쯔버그-란다우 이론(Ginzburg-Landau theory)가 란다우(Lev Davidovich Landau)와 긴쯔버그(Vitalij Lazarevics Ginzburg)에 의해 발전되었다.[4] 란다우의 2차 상전이 이론을 슈뢰딩거 파동 방정식과 결합한 이 이론은 초전도체의 거시적 성질을 설명하는 데 큰 성공을 거두었다. 한편으로는, 아브리코소프 (Alexei Alexeevich Abrikosov)는 긴쯔버그-란다우 이론이 초전도체가 제 1종과 제 2종으로 불리는 두 종류로 구분됨을 예언함을 보였다. 아브리코소프와 긴쯔버그는 그들의 공로로 인해 2003년 노벨상을 수상하였다. (란다우는 1968년 사망했다.) 또 1950년에는 맥스웰과 레이놀즈 등이 초전도체의 임계온도는 그 구성 원소의 동위원소 질량에 따라 변할 수 있음을 보였다. [5] [6] 이 중요한 발견은 전자-포논간 상호작용이 초전도 현상의 미시적 메카니즘임을 지적한 것이다.
초전도 현상을 미시적으로 완전하게 설명하는 이론이 1957년 바딘(John Bardeen), 쿠퍼(Leon Neil Cooper), 슈리퍼(John Robert Schrieffer)에 의해 제안되었다.[7] 이들의 이론은 이들의 이름 앞자를 따서 BCS 이론이라고 불린다. 또 보골류보프(Nikolay Bogolyubov)가 이와는 독립적으로 초전도 현상을 설명하였다. 이 BCS 이론은 초전도 전류를 쿠퍼 쌍(Cooper pair)의 초유체로 설명하였다. 쿠퍼 쌍은 포논의 교환에 의해 상호작용하는 전자들의 쌍이다. 1972년 저자들은 이 업적으로 노벨상을 수상하였다. BCS 이론은 1958년 보고류보프가 원래는 여러가지 논증으로 유도되는 BCS 파동함수가 전자의 해밀토니안을 정규 변환(canonical transformation)하여 얻어질 수 있음을 보임에 따라 더 단단한 토대를 가지게 되었다.[8] 1959년에 레브 고르코프(Lev Gor’kov)는 BCS 이론이 임계 온도 근처에서 긴쯔버그-란다우 이론으로 환원됨을 보였다.[9]
1962년 웨스팅하우스사(Westinghouse)에서 최초의 상업용 초전도 전선이 니오븀-타이타늄 합금을 이용하여 개발되었다. 같은 해에 조셉슨(Brian David Josephson)은 초전도 전류가 얇은 부도체 층으로 분리된 초전도체 사이를 흐를 수 있다는 중요한 이론적 예견을 하였다.[10] 조셉슨 효과라 불리는 이 현상은 SQUID와 같은 초전도를 사용하는 기계에 이용된다. SQUID는 양자 자기 선속을 가장 정확하게 측정하는 데 쓰이며 , (양자 홀 비저항(Quantum Hall Resistivity)과 결합되어) 플랑크 상수 h를 측정하는 데에 쓰일 수 있다. 조셉슨은 이 연구로 1973년 노벨상을 받았다.
2008년 발레리 비노쿠르(Valerii Vinokur)와 타트야나 바투리나(Tatyana Baturina)는 초전도를 만들어내는 것과 같은 원리로 어떤 물질들에서 초-비전도(superinsulator)상태를 를 만들 수 있음을 발견했다. [11]
고온 초전도체
1986년까지 물리학자들은 BCS 이론에 의하면 30 K 이상에서 초전도성을 보이는 것이 불가능하다고 믿었다. 그러나 1986년 베드노르즈(Johannes Georg Bednorz)와 뮬러(Karl Alexander Muller)는 란타늄 구리계 페롭스카이트 물질에서 초전도를 발견하였으며 그 임계 온도는 35 K이었다.[12] (이들은 이 연구로 1987년 노벨상을 수상하였다.) 잠시 후에 우(M. K. Wu) 등이 란타늄을 이트륨으로 치환하여 YBCO를 만들었는데, 그 임계온도가 92 K에 이르렀다. 이것은 냉각제로 사용되는 액화 질소의 기화점인 77 K보다 높은 온도라는 점에서 중요한 것이었다.[13] 이것은 상업적으로 중요한데 왜냐하면 액화 질소는 원재료 걱정없이 값싸게 어디서나 생산할 수 있으며 액체 헬륨을 수송할 때 나타나는 문제점인 고체 에어 플러그 등의 문제에서 자유롭기 때문이었다. 그 이후로 많은 다른 구리계 초전도체가 발견되었으며, 이 물질들이 보이는 초전도에 대한 이론적 설명은 응집 물질 물리 분야의 가장 도전적인 과제가 되었다.
약 1993년부터, 가장 높은 임계 온도를 가지는 초전도체는 탈륨, 수은, 구리, 바륨, 칼슘, 산소로 구성된 세라믹으로서 임계온도가 Tc=138 K 였다.[14]
2008년 2월에는 철에 기반을 둔 고온 초전도체가 발견되었다.

키워드

전기,   전기전자물성,   이온결합,   금속결합,   공유결합,   초전도체,   마이스너의 효과,   에너지 밴드 갭