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실온 초전도체에 대한 주장이 지난 주에 입소문을 탔습니다. 우리가 아는 모든 것이 여기에 있습니다.

1911년 처음 발견된 이래로 완벽하게 전기를 전도하는 물질인 초전도체는 오랫동안 물리학자들을 매료시키고 감질나게 해왔습니다.

초전도체는 입자 가속기, 핵융합 장치, MRI 기계, 심지어 자기 부상 열차에도 사용됩니다. 그러나 더 광범위하고 일반적인 응용 분야는 금지된 온도 제한으로 인해 방해를 받습니다. 지금까지 주변 압력과 온도에서 작동하는 것으로 입증된 초전도체는 없습니다.

7월 22일, 한국의 과학자들은 이 문제를 해결했다고 주장하는 연구 결과를 발표했습니다. 그들은 LK-99라고 불리는 그들의 재료가 섭씨 30도(화씨 86도)에서 거의 0으로 떨어지는 전기 저항률, 즉 전류 흐름에 대한 저항성을 가지고 있다고 말합니다. 그들의 주장은 소재를 재현하고 그 특성을 테스트하려는 전 세계적인 경쟁을 촉발시켰습니다. 8월 4일 현재, 아직 누구도 결과를 재현할 수 없습니다.

초전도체에 대해 알아야 할 모든 것이 여기에 있습니다.

모든 물질에는 저항률이라는 특성이 있습니다. 이를 통해 전류를 보내려고 하면 전류의 에너지 중 일부가 필연적으로 손실됩니다. 이는 전류를 운반하는 전자가 물질 내부에서 흔들리는 이온과 충돌하여 흐름에 반대를 일으키기 때문입니다.

그러나 물질을 냉각시켜 내부 이온의 진동 에너지를 줄이고 충돌률을 낮추어 저항률을 급격하게 낮춥니다. 대부분의 물질은 저항률이 0이 되려면 절대 영도에 도달할 수 없는 상태에 도달해야 하지만 일부 희귀 물질은 절대 영도 온도 이상에서 저항률이 0에 도달할 수 있습니다. 이러한 물질을 초전도체라고 부릅니다.

최초의 초전도체는 1911년 네덜란드 물리학자 하이케 카메를링 온네스(Heike Kamerlingh Onnes)가 과냉각된 수은선(온도가 대략 영하 452F(영하 269C)까지 낮아짐)이 더 이상 전기 흐름에 저항하지 않는다는 사실을 발견한 후 발견되었습니다. 이 관찰로 그는 노벨상을 받았습니다. 물리학 박사. 그의 관찰은 곧 납, 니오븀, 주석과 같은 다른 원소를 사용하여 이루어졌습니다.

온네스의 발견에도 불구하고 왜 그런 일이 일어났는지 설명하는 데는 수십 년이 걸렸습니다.

이 설명은 마침내 1957년에 노벨상 수상자인 “BCS 이론”이라는 이름으로 등장했습니다. 발견자인 존 바딘(John Bardeen), 레온 쿠퍼(Leon Cooper), 존 로버트 슈리퍼(John Robert Schrieffer)의 이름을 딴 BCS 이론은 전자가 물질을 통과할 때 발생하는 잔물결에서 초전도성이 나타난다고 설명했습니다. 온도가 충분히 낮으면 이러한 잔물결로 인해 원자 내부의 원자핵이 서로 끌어당겨지고, 결과적으로 두 번째 전자를 첫 번째 전자로 끌어당기는 약간의 전하 오프셋이 발생합니다. 이 인력의 힘으로 인해 이상한 일이 발생합니다. 정전기적 반발력을 통해 서로 밀어내는 대신 전자가 "쿠퍼 쌍"으로 결합됩니다.

쿠퍼 쌍은 고독한 전자의 규칙과 다른 양자 역학적 규칙을 따릅니다. 에너지 껍질을 형성하기 위해 각각의 위에 쌓이는 대신, 그들은 빛의 입자처럼 행동합니다. 무한한 수의 빛은 동시에 공간의 같은 지점을 차지할 수 있습니다. 재료 전반에 걸쳐 이러한 쿠퍼 쌍을 충분히 생성하면 에너지 손실 없이 흐르는 초유체가 됩니다. 초유체를 한 번 휘저으면 이론적으로 우주가 끝날 때까지 계속 소용돌이치는 상태로 유지됩니다.

그러나 이것은 물리학자들이 예상했던 마지막 놀라운 초전도성과는 거리가 멀었습니다. 1986년 IBM의 고 Alex Müller와 Georg Bednorz는 다른 원소들 사이에 구리와 산소 층이 끼워진 큐프레이트(cuprates)라고 불리는 물질이 영하 211F(영하 135C)의 온도에서도 초전도를 나타낼 수 있다는 것을 발견했습니다.

이것이 일어나는 정확한 이유는 아직 완전히 이해되지 않았지만, 지배적인 이론은 미국의 물리학자 필립 앤더슨(Phillip Anderson)이 제안한 것입니다. 그는 전자가 초교환(superexchange)이라고 불리는 양자 역학적 과정을 통해 서로 위치를 바꾸도록 선택할 것이라고 제안했습니다.