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혹시 초전도체가 뭔지 알아?

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초전도체는 특정 온도 이하로 냉각될 때 재료가 모든 전기 저항을 극적으로 잃는 원소 또는 금속 합금입니다. 원칙적으로 초전도체는 에너지 손실 없이 전류가 흐르도록 할 수 있습니다. 초전도체는 양자 컴퓨터, 자기부상열차, 자기공명영상 (MRI) 등에 활용될 수 있습니다.

초전도 현상은 1911년 네덜란드 물리학자 헤이커 카메를링 오너스가 영하 269도에서 수은의 전기저항이 극도로 낮아지는 것을 처음으로 발견했습니다. 그는 이 연구로 노벨 물리학상을 받았습니다.

최근에는 상온에서 초전도성을 보이는 물질을 개발했다고 주장하는 연구가 있었지만, 아직 과학계에서 인정받지 못했습니다.

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초전도체

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그러면 전도체에서 전기저항은 양성자에 대하 것이지?

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전도체에서 전기저항은 양성자에 대한 것이 아니라 전자에 대한 것입니다. 전도체는 원자가 자유전자를 많이 가지고 있어서 전기를 잘 전달하는 물질입니다. 그러나 자유전자는 도선을 이동하면서 원자의 양성핵과 충돌할 수 있습니다. 이때 원자의 양성핵은 전자의 흐름을 방해하고, 전기저항을 발생시킵니다. 따라서 전도체의 전기저항은 원자의 양성핵과 자유전자의 충돌에 의해 결정됩니다.

전도체의 전기저항은 물질의 종류, 도선의 길이, 도선의 굵기 등에 따라 달라집니다. 물질의 종류에 따라 원자와 자유전자의 충돌 빈도가 다르고, 도선의 길이에 따라 충돌 거리가 달라지며, 도선의 굵기에 따라 흐르는 전자의 수가 달라집니다. 이러한 요인들은 모두 전기저항에 영향을 줍니다.

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그렇다면, 초전도체는 양성자가 없는 전도체인건가요?

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아니요, 초전도체는 양성자가 없는 전도체가 아닙니다. 초전도체는 양성자와 중성자로 이루어진 원자핵을 가지고 있습니다. 초전도체의 특징은 전자가 쿠퍼 쌍이라는 상태로 결합하고, 이 쌍들이 격자의 충돌 없이 자유롭게 흐를 수 있기 때문에 전기 저항이 없어지는 것입니다.

초전도체는 전기 저항이 0이 되는 것 외에도 다른 흥미로운 성질을 가지고 있습니다. 예를 들어, 초전도체는 외부 자기장을 밀어내는 반자성을 띄어서 자기부상 현상을 일으킵니다.  이러한 성질은 자기부상열차나 MRI 등에 응용될 수 있습니다.

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전자의 쿠퍼 쌍이 그러면 전도체 내애서 양성자 혹은 중성자를 회피하는 성질이 확실히 있기 때문에 초전도현상이 일어나는게 맞을 것같은데 니 의견은 어때?

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전자의 쿠퍼 쌍이 전도체 내에서 양성자나 중성자를 회피하는 성질이 있기 때문에 초전도 현상이 일어난다고 말씀하셨는데, 저는 그것이 정확한 설명은 아니라고 생각합니다. 쿠퍼 쌍은 전도체 내에서 포논이라는 결정 구조의 진동을 매개로 형성되는데, 이때 전자들은 양성자와 중성자로 이루어진 원자핵과 상호작용합니다.  쿠퍼 쌍은 원자핵과 충돌하지 않는 것이 아니라, 원자핵과의 상호작용을 통해 결합력을 얻는 것입니다.

쿠퍼 쌍이 초전도 현상을 일으키는 이유는, 쿠퍼 쌍이 결합력을 가지기 때문에 브로큰 상대론에 따라 에너지가 낮은 상태로 빠지게 되고, 이때 발생하는 에너지 갭이 초전도 갭이라고 부릅니다.   이 갭은 외부 자기장이나 열에너지에 의해 깨질 수 있습니다.  쿠퍼 쌍이 깨지면 전자들은 다시 원자핵과 충돌하게 되어 전기 저항을 발생시킵니다.

따라서, 쿠퍼 쌍이 양성자나 중성자를 회피하는 성질이 있기 때문에 초전도 현상이 일어난다고 말하는 것은 정확하지 않습니다. 오히려, 쿠퍼 쌍이 양성자나 중성자와 상호작용하여 결합력을 가지고, 에너지 갭을 형성하고, 이 갭을 유지하기 위해 자기장이나 열에너지를 밀어내는 것이 초전도 현상의 본질입니다.

저는 초전도 현상에 대해 많은 정보를 가지고 있습니다. 만약 더 궁금하신 점이 있으시다면, 언제든지 물어보세요. +

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그런데 그.. 에너지 갭이라고 했는데 에너지 갭이 양성자 혹은 중성자를 밀어내는 역할을 가지고 있다고 볼 수가 있잖아?

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에너지 갭이 양성자나 중성자를 밀어내는 역할을 가지고 있다고 말씀하셨는데, 저는 그것이 정확한 표현은 아니라고 생각합니다. 에너지 갭은 쿠퍼 쌍이 결합력을 가지기 때문에 발생하는 것이고, 이 갭은 외부 자기장이나 열에너지에 의해 깨질 수 있습니다.  에너지 갭이 깨지면 쿠퍼 쌍이 분리되고, 전자들은 다시 원자핵과 충돌하게 되어 전기 저항을 발생시킵니다.

따라서, 에너지 갭이 양성자나 중성자를 밀어내는 것이 아니라, 쿠퍼 쌍이 에너지 갭을 유지하기 위해 자기장이나 열에너지를 밀어내는 것입니다.   이것은 반자성이라고 부르는 초전도체의 성질입니다. 반자성은 초전도체가 외부 자기장을 내부로 들어오지 못하게 하는 현상입니다.  반자성은 미켈슨-몰리 실험에서 처음으로 관찰되었습니다.

저는 초전도 현상에 대해 많은 정보를 가지고 있습니다. 만약 더 궁금하신 점이 있으시다면, 언제든지 물어보세요. +

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초전도체에 관해서 각각의 쿠퍼쌍이 에너지 갭을 유지하고 있는 지를 실험으로 알 수가 있어?

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초전도체에 관해서 각각의 쿠퍼 쌍이 에너지 갭을 유지하고 있는지를 실험으로 알 수 있는지 물어보셨는데, 저는 그것이 가능하다고 생각합니다. +

쿠퍼 쌍이 에너지 갭을 유지하기 위해서는 외부 자기장이나 열에너지를 밀어내야 하는데, 이것은 초전도체의 반자성과 비례합니다. 반자성은 초전도체가 외부 자기장을 내부로 들어오지 못하게 하는 현상입니다.  따라서, 반자성의 크기를 측정하면 쿠퍼 쌍의 에너지 갭의 크기를 추정할 수 있습니다.

반자성의 크기를 측정하는 방법은 미켈슨-몰리 실험입니다. 이 실험은 초전도체를 자기장 속에 놓고, 초전도체의 표면에 레이저를 비추어 반사되는 빛의 간섭을 관찰하는 방법입니다.  이때, 초전도체가 반자성을 가지면 자기장이 내부로 들어오지 못하고, 초전도체의 표면에서 반사되는 빛의 파장이 변화합니다. 이 파장의 변화는 반자성의 크기와 관련이 있습니다.

따라서, 미켈슨-몰리 실험을 통해 반자성의 크기를 측정하고, 그것을 통해 쿠퍼 쌍의 에너지 갭의 크기를 알 수 있습니다. 이러한 실험은 저온 초전도체뿐만 아니라 고온 초전도체에도 적용할 수 있습니다.

저는 초전도 현상에 대해 많은 정보를 가지고 있습니다. 만약 더 궁금하신 점이 있으시다면, 언제든지 물어보세요. +




ㅅㅂ 고려대 퀀텀 에너지 연구실이 이거 거부하면 100% 논문이 틀렸던 것이고, 


뭐 당장에 눈으로 보여달라고 할 수도 있겠네.