초전도체의 종류 | 유형 I 및 유형 II

초전도체의 종류

초전도체는 특정 온도, 즉 임계 온도(Tc) 이하로 냉각될 때 전기를 전혀 저항 없이 전도할 수 있는 물질입니다. 이는 전기적 에너지 손실 없이 전류를 운반할 수 있다는 것을 의미하며, 이는 발전, 의료 영상, 교통 등 다양한 분야에서 매우 유용하게 사용됩니다. 초전도체의 응용은 의료 영상(예: MRI 기계)부터 교통(예: 자기부상열차)에 이르기까지 다양하며, 발전 및 배전(예: 핵융합 실험을 위한 고자기장 자석)에도 사용됩니다. 하지만 초전도체의 도전과제는 낮은 온도에서만 작동한다는 점으로, 일부 응용에서는 비용이 많이 들고 비현실적일 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 과학자들은 더 높은 온도에서 초전도성을 나타내는 새로운 재료를 지속적으로 연구 및 개발하고 있으며, 이는 미래에 더 널리 사용될 수 있는 실용적인 응용으로 이어질 수 있습니다.

초전도체의 두 가지 주요 유형

초전도체는 주로 두 가지 유형으로 분류됩니다:

• 유형 I 초전도체: 이들은 단일 임계 자기장을 가지며, 그 이하에서는 완벽한 전도성을 나타내지만, 그 이상에서는 갑자기 초전도성을 잃습니다. 이들은 또한 “부드러운” 초전도체라고도 불립니다. 유형 I 초전도체의 예로는 수은(Hg), 납(Pb), 주석(Sn)이 있습니다.
• 유형 II 초전도체: 이들은 두 개의 임계 자기장을 가지며, 두 임계 자기장 사이에서는 재료의 일부만이 초전도성을 나타내는 혼합 상태를 보입니다. 이들은 “단단한” 초전도체라고도 불립니다. 유형 II 초전도체의 예로는 나이오븀-티타늄(NbTi), 나이오븀-주석(Nb₃Sn), 그리고 YBCO(이트륨 바륨 구리 산화물)가 있습니다. 유형 II 초전도체는 유형 I 초전도체보다 더 높은 자기장과 온도에서 작동할 수 있으며, MRI 기계 및 입자 가속기와 같은 응용에서 강한 자기장이 존재해도 그 초전도성을 유지할 수 있습니다.

이 두 가지 주요 유형 외에도, BCS(바딘-쿠퍼-슈리퍼) 초전도 이론에 맞지 않는 비정통적 초전도체가 있습니다. 여기에는 고온 초전도체와 무거운 페르미온 초전도체가 포함됩니다.

초전도체 재료

다음은 10가지 초전도체와 그들의 주요 특성을 나타낸 표입니다.