초전도체물리학

초전도체의 가장 중요한 특징은 전류가 통과할 때 저항이 0 이라는 것이다. 일부 유형의 금속 (특히 티타늄, 바나듐, 크롬, 철 및 니켈) 이 있습니다. 그들이 특히 낮은 온도에 놓일 때, 전류가 그들을 통과할 때의 저항은 0 이다. 일반 도체에서 도체를 통과하는 전류는 대부분 저항으로 인해 열이 되어' 소비' 되었다. 초전도체에서는 실제로 저항이 없으므로 전류가 연결되면 이론적으로 결코 중단되지 않습니다. 초전도체로 만든 전자석 (코일, 전류가 통과할 때 전자기장 생성) 으로 구성된 회로에서는 이론적으로 단 하나의 전류만 공급되므로 전자기장이 지속될 수 있다. 물론, 실제로는 손실이 있기 때문에 이런' 영구동기' 를 실현할 수 없다. 우리는 필요한 에너지 입력을 고려해야 한다. 초전도체가 0 저항 현상을 일으키는 데 필요한 밑온도 상태 (즉-269 C, 절대영도보다 4 C) 를 유지할 수 있도록 해야 한다.

그러나, 1980 년대 초부터 사람들은 새로운 재료를 발견했다. 이런 신소재는 상온에 더 가까운 온도에서 초전도체를 형성할 수 있다. 이들 물질을 바탕으로 초전도체를 얻기 위해 각국은 각종 연구를 진행하고 있다. 이 재료는 냉각 시스템이 필요하지 않기 때문에 기존 재료와 다릅니다.

초전도 현상은 1 1 년 블랙 카머린흐 온네스 (1853- 1926) 에서 발견됐다. 수십 년 동안 아무도 설명할 수 없었다. 반세기 후 이론상으로는 물리학자 존 바틴 (트랜지스터의 발명가 중 하나), 레온 쿠퍼, 존 슈리버가 1957 년에 발표한' BCS 이론' 이라는 설득력 있는 해석이 나왔다. 전류는 금속 이온, 즉 추가 양전하가 있는 원자 주위를 흐르는 자유 전자이다. 저항의 원인은 이온이 전자의 흐름을 방해하는데, 이는 원자 자체의 열 진동과 공간 위치의 불확실성으로 인한 것이다.

초전도체에서 전자쌍 결합은 소위' 쿠퍼 쌍' 을 형성하는데, 각 쿠퍼 쌍은 단일 입자로 존재한다. 이 입자들은 마치 액체인 것처럼 금속 이온의 저항을 고려하지 않고 함께 흐른다. 이런 식으로, 어떤 잠재적인 저항 요인도 사실상 중화되었다.

일반 도체는 어떻게 됩니까?

위 그림은 구 (전자) 의 움직임처럼 전기 전도의 개념을 시각화했다. 경사면을 따라 흐릅니다 (경사면은 도체와 동일). 장애물은 금속 이온의 불규칙한 네트워크 구조를 나타내며 전자의 자유로운 흐름을 허용하지 않습니다. 이것이 저항이 형성된 이유이다. 전자는 총 이온과 충돌하여 에너지의 일부를 출력하여 열로 변환한다.

초전도체는 어떻게 될까요

초전도체의 전자는 소위 쿠퍼쌍 (Cooper 쌍) 에 모여 단일 입자로 나타나는데, 이는 기체 분자가 액체로 모일 수 있는 이유와 같다. 초전도 전자는 전체적으로 액체 형태로 표현된다. 금속 이온의 스윙과 금속 이온 네트워크의 불규칙성으로 인한 장애물이 있지만, 여전히 영향을 받지 않고 자유롭게 흐를 수 있다.

초전도체

초전도체와 기체 액화는 19 세기 물리학의 열점 과제 중 하나이다. 19 1 1 년, 아그네스는 수은이 42K 안팎의 저온에서 급격히 떨어져 완전히 사라지는 것을 발견했다 (즉 저항이 0 임). 19 13 그는 한 논문에서 처음으로' 초전도' 라는 단어를 사용하여 이 현상을 표현했다. 아그네스는 저온에서 물질적 성질과 액화 헬륨을 연구한 성과로 19 13 노벨 물리학상을 수상했다.

50 년이 지나서야 사람들이 돌파구를 마련했다. BCS 이론은 초전도 이론의 현대 단계의 시작을 상징한다. BCS 이론은 미국 물리학자 바틴, 쿠퍼, 슈리버가 1957 년에 처음 제기한 것으로, 세 과학자의 첫 대문자를 따서 명명되었다. 이 이론의 핵심은 초전도체에 * * * 진동 역학, 즉' 전자쌍' 이 있다는 것을 계산하는 것이다.

65438-0962 영국 케임브리지대 대학원생 조셉슨은 BCS 이론에 따르면 얇은 단열재로 분리된 두 초전도 재료 사이에 전류가 흐를 것이라고 예측했다. 즉,' 전자쌍' 은 얇은 절연 층 (터널 효과) 을 통과할 수 있다. 전류가 얇은 단열재를 통과할 때 전압을 적용할 필요가 없는 것과 같은 특수한 현상도 있다. 전압을 가하면 전류가 중지되고 고주파 진동이 발생합니다. 이 초전도 물리학 현상을 조셉슨 효과라고 합니다. 이 효과는 미국 벨 연구소에서 확인되었다. 조셉슨 효과는 BCS 이론을 강력하게 지지한다. 이에 따라 바틴, 쿠두려움, 슈리버는 1972 노벨 물리학상을 수상했다. 조셉슨은 1973 노벨 물리학상을 수상했다.

독일 물리학자 버노즈와 스위스 물리학자 뮐러는 1983 부터 희토산화물의 초전도성에 집중하기 시작했다. 1986 년, 그들은 마침내 초전도체 전이 온도가 이전 초전도 재료보다 12 도 높은 산화물 물질을 발견했다. 이 발견은 초전도 연구의 중대한 돌파구로 이어졌다. 미국, 중국, 일본 등 국가 과학자들은 액체 질소 온도 범위 (-196C 미만) 에서 초전도성이 있는 세라믹 재료를 발견한 뒤 임계 온도가 높은 초전도 재료를 계속 발견했다. 이것은 초전도 응용을위한 조건을 제공합니다. 파노즈와 뮐러도 1987 노벨 물리학상을 수상했다.

초전도체가 주도적 지위를 차지하다.

코보타이

초전도체의 가장 중요한 특징은 전류가 통과할 때 저항이 0 이라는 것이다. 일부 유형의 금속 (특히 티타늄, 바나듐, 크롬, 철 및 니켈) 이 있습니다. 그들이 특히 낮은 온도에 놓일 때, 전류가 그들을 통과할 때의 저항은 0 이다. 일반 도체에서 도체를 통과하는 전류는 대부분 저항으로 인해 열이 되어' 소비' 되었다. 초전도체에서는 실제로 저항이 없으므로 전류가 연결되면 이론적으로 결코 중단되지 않습니다. 초전도체로 만든 전자석 (코일, 전류가 통과할 때 전자기장 생성) 으로 구성된 회로에서는 이론적으로 단 하나의 전류만 공급되므로 전자기장이 지속될 수 있다. 물론, 실제로는 손실이 있기 때문에 이런' 영구동기' 를 실현할 수 없다. 우리는 필요한 에너지 입력을 고려해야 한다. 초전도체가 0 저항 현상을 일으키는 데 필요한 밑온도 상태 (즉-269 C, 절대영도보다 4 C) 를 유지할 수 있도록 해야 한다.

그러나, 1980 년대 초부터 사람들은 새로운 재료를 발견했다. 이런 신소재는 상온에 더 가까운 온도에서 초전도체를 형성할 수 있다. 이들 물질을 바탕으로 초전도체를 얻기 위해 각국은 각종 연구를 진행하고 있다. 이 재료는 냉각 시스템이 필요하지 않기 때문에 기존 재료와 다릅니다.

초전도 현상은 1 1 년 블랙 카머린흐 온네스 (1853- 1926) 에서 발견됐다. 수십 년 동안 아무도 설명할 수 없었다. 반세기 후 이론상으로는 물리학자 존 바틴 (트랜지스터의 발명가 중 하나), 레온 쿠퍼, 존 슈리버가 1957 년에 발표한' BCS 이론' 이라는 설득력 있는 해석이 나왔다. 전류는 금속 이온, 즉 추가 양전하가 있는 원자 주위를 흐르는 자유 전자이다. 저항의 원인은 이온이 전자의 흐름을 방해하는데, 이는 원자 자체의 열 진동과 공간 위치의 불확실성으로 인한 것이다.

초전도체에서 전자쌍 결합은 소위' 쿠퍼 쌍' 을 형성하는데, 각 쿠퍼 쌍은 단일 입자로 존재한다. 이 입자들은 마치 액체인 것처럼 금속 이온의 저항을 고려하지 않고 함께 흐른다. 이런 식으로, 어떤 잠재적인 저항 요인도 사실상 중화되었다.

일반 도체는 어떻게 됩니까?

위 그림은 구 (전자) 의 움직임처럼 전기 전도의 개념을 시각화했다. 경사면을 따라 흐릅니다 (경사면은 도체와 동일). 장애물은 금속 이온의 불규칙한 네트워크 구조를 나타내며 전자의 자유로운 흐름을 허용하지 않습니다. 이것이 저항이 형성된 이유이다. 전자와 총 이온이 충돌하여 에너지의 일부를 출력하여 열로 변환한다.

초전도체는 어떻게 될까요

초전도체의 전자는 소위 쿠퍼쌍 (Cooper 쌍) 에 모여 단일 입자로 나타나는데, 이는 기체 분자가 액체로 모일 수 있는 이유와 같다. 초전도 전자는 전체적으로 액체 형태로 표현된다. 금속 이온의 스윙과 금속 이온 네트워크의 불규칙성으로 인한 장애물이 있지만, 여전히 영향을 받지 않고 자유롭게 흐를 수 있다.

금속의 저항은 온도가 낮아짐에 따라 감소할 것이라는 것을 이미 알고 있었지만, 온도가 절대 영도에 가까울 때 저항이 어느 정도 낮아질지는 알 수 없다. 이 문제를 파악하기 위해 네덜란드 물리학자 Anis (1853 ~ 1926) 는 극저온 금속 저항을 연구하기 시작했다. 19 1 1 년, 그는 수은의 저온에서의 저항을 측정할 때 수은의 저항이 예상대로 온도가 낮아지면서 계속 낮아지는 것이 아니라 온도가-269 C 정도로 떨어지면 갑자기 완전히 사라지는 것을 발견했다. 나중에 일부 금속이나 합금이 온도가 일정 온도로 떨어지면 저항도 0 으로 변하는 것으로 밝혀졌다. 이런 현상을 초전도라고 하고, 초전도할 수 있는 물질을 초전도체라고 한다. 물질 저항이 0 으로 변하는 온도를 해당 물질의 초전도 전이 온도 또는 초전도 임계 온도라고 하며 TC 로 표시됩니다. 한 물질은 TC 이하에서 초전도성을 가지고 있고 TC 이상에서는 초전도성을 잃는다.

초전도체의 발견은 과학기술상 중대한 의의를 가지고 있다. 예를 들어, 현대 생산의 발전으로 전기 에너지에 대한 수요가 급속히 증가하였다. 통계에 따르면, 거의 매 10 년마다 전기에 대한 수요가 두 배로 증가할 것이다. 송전선로는 저항이 있는데, 전류의 열 효과로 인해 전송 회로에서 손실되는 전력이 대략 초과되었다. 실온에서 초전도 재료를 찾을 수 있다면 발전, 송전, 모터에서 초전도 특성을 대규모로 활용할 수 있어 현대 기술의 모든 분야에 큰 변화를 가져올 수 있다. 따라서 실온 초전도체의 연구는 현재 중요한 과제이다. 실온 초전도체가 없어도 전이 온도가 더 높은 초전도체를 찾는 것도 중요하다. 이와 관련하여 우리나라의 연구는 세계 최전방에 있으며 1989 에서 TC 가-14 1℃ 인 초전도 소재를 발견한 것은 임계 온도 초전도체 연구의 중대한 돌파구이다.