초전도 현상

이 온도를 전이온도라고 하며 물질에 따라 다른 값을 갖는데 대개 20K(－253℃) 이하이다. 초전도 현상은 1911년 네덜란드의 물리학자인 헤이케 카메를링 오네스가 수은에서 최초로 발견했다(→ 카메를링 오네스). 이와 유사한 현상이 납·주석 등 약 25개의 원소와 수 천 종류의 합금·화합물에서도 발견되었다. 이들을 제외한 나머지의 물질은 0.1K 이하까지 전류에 대해서 통상적인 저항을 보여준다(→ 전류).

자석에 초전도체를 이용하는 데는 약간의 제한이 따른다. 이 물질이 전이온도 이하에서 잘 견딜 수 있다 하더라도 어떤 특정한 세기(물질의 종류에 따름) 이상의 강한 자기장에 의해 초전도체가 보통의 도체상태로 환원되기 때문이다. 저항이 사라지는 현상 외에 초전도체의 기본성질로는 외부의 자기장이 초전도체의 내부로 침투하는 것을 방지하는 성질(→ 마이스너 효과)이 있다(→ 마이스너 효과). 즉 완벽한 반자성체로서 작용하게 된다. 특정한 강도 이하의 외부 자기장은 Ⅰ형 초전도체의 내부에서 완전히 차폐되며 Ⅱ형 초전도체에서는 자기장의 일부만이 차폐된다. 일부의 Ⅱ형 초전도체에서는 초고강도의 자기장이 아니면 초전도성이 유지되는 것으로 알려져 있다.

1986년과 1987년에 98K의 높은 온도와 수십 만 Oe(에르스텟)에 이르는 자기장 안에서도 초전도성이 유지되는 몇몇 Ⅱ형 초전도체가 발견되었다. 이와 같은 고온초전도체에서는 구리나 산소 원자가 면이나 사슬의 형태로 배열되어 있는 공통점이 있다. 이들의 특성은 비등방적이어서 원자의 면이나 사슬의 방향에 대해서 전류나 자기장의 방향에 의존하는 성질을 보여준다. 이와 같은 새로운 물질은 세라믹이며 이들의 성질은 물질 내부에 존재하는 산소의 양에 민감하게 의존한다.

이와 같은 고온초전도체에서는 액체질소를 이용하여 저렴한 비용으로 얻을 수 있는 온도에서 초전도성을 보이기 때문에 높은 실용성이 기대된다. 잘 부스러지는 성질과 몇 가지 화학적인 환경에서의 불안정성, 결정의 표면에서 불순물이 유리되어 초전도 상태에서 고전류가 흐르는 것을 방해하는 경향은 아직 극복되지 못한 문제이다. 계속된 연구에 의해 전망이 밝은 비스무트, 수은 화합물 등의 다른 종류의 고온초전도체가 발견되었다.

초전도체를 이용할 수 있는 분야로는 의료용 자기영상장치, 자기 에너지 저장 시스템, 고속 운송을 위한 자기부상열차, 전동기, 발전기, 변압기, 컴퓨터 부품(논리소자, 스위치, 접속과 기억소자), 자기장·전압·전류 측정을 위한 매우 정밀한 기구 등이 있다. 초전도체를 이용한 기구의 가장 주된 이점은 전력 소모가 적고, 작동 속도가 빠르고, 감도가 높아진다는 것 등이다.→ 저온현상