고온초전도

요약 임계온도(臨界溫度)가 높은 도체에 의한 초전도현상을 말한다. 이때의 도체가 산화물질이므로 산화초전도라고도 불리우며 초전도현상의 응용 가능성을 높인 계기가 되었다.

도체가 산화물질이라는 데서 산화물초전도(oxide superconductivity)라고도 한다. 초기에 알려져 있던 초전도 물질은 금속이나 합금이기 때문에 그 임계온도가 절대영도(絶對零度)에 가까워, 초전도상태로 만들기 위해서는 값비싼 액체헬륨으로 냉각해야만 했다. 따라서 다른 넓은 분야에서 초전도를 응용하기 위해서는 임계온도가 더욱 높은 초전도체의 발견이 필수적이었다. 1986년 IBM 스위스 취리히 연구소의 A. 뮐러와 G. 베드노르츠은 바륨·란타넘·구리를 섞어서 구운 세라믹이 임계온도 30°K에서 초전도체가 된다는 사실을 발견하였다. 이렇게 산화구리계에서 발견된 고온초전도성은 물리학의 여러 관련 분야에서 그 이전의 물질연구에서는 볼 수 없었던 엄청난 연구 노력을 불러일으킨 바 있다.

이러한 발견은 초전도물질을 금속이 아니라 산화물에서 착안하였다는 점에서 획기적인 성과로 평가되어 발견자들은 1987년도 노벨 물리학상을 받았다. 이어 1987년 초에는 미국 등지에서 바륨·이트륨·구리의 산화물이 임계온도 90°K에서 초전도체가 된다는 사실을 발견하였다. 이 온도는 액체질소로 냉각시키면 도달한다. 그 후에 발견한 여러 개의 산화물 초전도체는 모두 구리를 포함하는 물질이었으며, 그 조성에 따라서 란타넘계(系)·이트륨계·비스무트계·타륨계 등으로 분류할 수 있다.

이 중 최고의 임계온도에 도달한 것은 타륨계의 약 125°K이다. 이들 물질에서 박막(薄膜)과 소자(素子) 등을 만드는 기술도 급속하게 발전하고 있다. 또한 이 물질들이 가지는 높은 임계온도와 높은 윗 임계자장(upper critical field) 등으로 인해 그 응용 가능성에 대하여 많은 기대를 유발시켰으며, 그에 따라 활발한 응용 연구가 이루어져 왔다. 그 결과로 고온초전도체는 주로 전력 분야의 응용이 주종을 이루는 대형 스케일에서부터 미세소자의 응용에 이르기까지 여러 핵심기술에 요긴하게 적용되고 있다. 한국 원자력연구소 연구팀도 1990년 고온초전도체의 실용화를 한걸음 앞당길 수 있는 고임계전류(高臨界電流) 초전도 박막제조기술을 개발한 바 있다.