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불순물 크기가 초전도 재료의 작동에 미치는 영향
노스캐롤라이나 주립대 연구진은 불순물의 크기가 초전도 물질에 어떤 영향을 미치거나 이득을 줄 수 있는지에 초점을 맞춰 불순물과 초전도 물질 간의 상관관계를 찾기 위해 열심히 연구해 왔습니다.
초전도 물질은 누설로 인한 에너지 손실 없이 전기를 유지할 수 있는 물질입니다. 이러한 소재는 MRI 기술을 통해 의료 산업에서 널리 활용되고 있으며, 전력 기술을 실현하는 데 큰 역할을 할 것으로 기대됩니다.
비스무트 스트론튬 칼슘 구리 산화물(Bi2212)은 초전도 물질로, 초고온에서 감을 수 있는 유일한 물질로 알려져 있어 고에너지 물리학 범주에 속하는 모든 사물에 활용될 것으로 기대됩니다. 여기에는 변압기, 송전선, 모터 등이 포함됩니다.
또한 거대한 자기장이 필요한 분야에서도 유용할 것입니다. 자기 공명 영상 기술 및 전자석과 같이 이 범주에 속하는 자기 응용 분야가 여기에 포함됩니다.
이러한 응용 분야에 Bi2212를 사용하려면 은으로 둘러싸인 500~1000개의 Bi2212 필라멘트가 포함된 다중 필라멘트 와이어로 제작한 후 약 섭씨 900도까지 가열해야 합니다. 그러나 이 공정은 대부분 다공성 입자와 Bi2201로 구성된 불순물을 재료에 생성합니다.
이 책의 저자이자 노스캐롤라이나 주립대 재료과학 및 공학의 교수이자 최고 책임자인 저스틴 슈워츠 박사는 다공성 입자도 문제지만, 가장 중요한 것은 불순물이라고 말합니다.
이러한 불순물은 Bi2212의 성능을 긍정적으로 또는 부정적으로 변화시킬 수 있습니다. 예를 들어, 연구에 따르면 대규모 불순물이 초전도를 방해하여 전류에 장애물로 작용하는 것으로 밝혀졌으며, 연구자들은 초전도를 최적화하기 위해 더 나은 처리 방법을 찾기 위해 열심히 노력하고 있습니다.
초전도체로서 Bi2212의 성능을 향상시키는 한 가지 방법은 폭이 1.2~2.5인 나노 크기의 불순물입니다. 이러한 나노 크기의 불순물 또는 결함은 자속을 제자리에 고정하는 피벗 포인트 역할을 합니다. 이 피벗 포인트는 자기장이 있을 때 자기 소용돌이가 이동하여 저항을 유발하고 초전도를 방해하지 않도록 안정화시키는 역할을 합니다.
Bi2212를 사용하여 전류를 이용해 높은 자기장을 생성하려면 자속을 고정하는 것이 선택이 아니라 필수이므로 자기장이 있는 상태에서 이 물질이 작동할 수 있도록 하는 것이 중요합니다.
Chin Trento
