마이스너효과란? (Type1,2 초전도체 구별), 양자고정효과에 대해

1. 마이스너 효과 란?

 

마이스너 효과는 초전도체에서 관찰되는 놀라운 현상으로, 특정 임계 온도 이하에서 전기 전도가 제로 저항으로 가능한 물질입니다. 마이스너 효과의 가장 중요한 특성 중 하나는 초전도체의 내부에서 자기장이 완전히 배출되며 그 결과로 물질의 내부에서 완전한 자기장 배제가 일어납니다. 이 효과는 1933년에 발터 마이스너(Walther Meissner)라는 물리학자들에 의해 처음 발견되었습니다.

 

마이스너 효과

 

2. 1형과  2형 초전도체 (Type-1,2)

마이스너 효과는 주변의 외부 자기장에 대한 반응을 기반으로 1형과 2형 초전도체로 나눌 수 있습니다.

 

1. 1형 초전도체 (Type - 1)

 

1형 초전도체는 임계 온도 이하로 냉각되면 내부에서 자기 흐름이 완전히 배출되는 것이 특징입니다. 그들은 일반 상태에서 초전도 상태로의 강력한 전이를 보이며 주로 순수한 원소 금속(납과 주석 같은)입니다. 1형 초전도체에서 자기장 라인은 물질의 내부에서 배제되며 초전도체 표면에서 발생하는 전기 전류에 의해 적용된 자기장이 상쇄됩니다.

 

2. 2형 초전도체 (Type - 2)

 

2형 초전도체는 외부 자기장의 존재에 대한 더 복잡한 반응을 보입니다. 이러한 물질들은 일정한 임계 자기장 강도가 존재하며 그 이상으로는 자기 흐름 배출이 완전하지 않게 됩니다. 대신, 자기 흐름이 양자화된 소용돌이 또는 "플럭스 라인" 또는 "플럭소이드"로 알려지는 구조로 물질 내로 침투합니다. 이 소용돌이는 초전도 상태가 지역적으로 억압되어 자기장이 부분적으로 침투하는 영역을 형성합니다. 2형 초전도체는 종종 니오브륨-티타늄 및 이트륨-바륨-구리 산화물(YBCO)과 같은 화합물 물질입니다.

 

3. 양자 잠금 효과 (Flux Pinning)

 

양자 잠금 효과는 2형(Type-2) 초전도체에서 나타나는 마이스너 효과로, "양자 부유" 또는 "양자 고정"로도 불립니다. 2형(Type-2) 초전도체가 임계 온도 이하로 냉각되고 외부 자기장이 적용되면 자기 흐름 라인이 소용돌이 형태로 물질 내에서 포착됩니다. 그러나 만약 초전도체가 충분히 얇고 평평하며 자기장이 표면에 수직으로 가해진다면 소용돌이는 양자적인 초전도 상태 때문에 매우 조직적인 육각 격자 형태로 정렬될 수 있습니다.

 

이러한 정렬된 소용돌이는 자기장과 초전도체 간에 강한 밀어내기 힘을 만들어내어 초전도체가 자석 위에 떠오르게 합니다. 이 효과는 특히 액체 질소를 사용하여 초전도체를 냉각시키는 경우에 뚜렷하게 나타나며, 초전도체가 마치 마찰이나 저항이 없는 상태로 자석 위를 움직이는 모습을 보여줍니다. 양자 잠금 효과는 2형 초전도체에서 발생하는 마이스너 효과의 생생한 예시로, 자기 흐름의 정돈된 배열로 인해 발생하는 부유와 안정적인 매달림을 나타냅니다.

 

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