초전도체의 마이스너 효과/퀀텀락킹 이란?

한동안 LK-99라는 물질로 인해 초전도체에 대한 이야기가 화두였습니다.

 

오늘은 초전도체의 마이스너 효과와 퀀텀 락킹은 무엇인지 알아보도록 하겠습니다.

 

 

초전도체의 마이스너 효과(Meissner effect)

마이스너 효과는 초전도체의 특성 중 하나로, 초전도체가 자기장 속에서 특이한 행동을 보이는 현상을 지칭합니다.

 

마이스너 효과는 초전도체가 특정 온도인 임계온도 아래로 냉각되면 외부 자기장을 완전히 배출하는 현상을 말합니다.

 

이때 초전도체 안의 자기장은 외부 자기장을 완전히 상쇄시키는데, 결과적으로 초전도체 내부의 자기장은 0이 되고 외부 자기장 역시 초전도체 주위로 배출됩니다.

 

이 현상은 초전도체가 외부 자기장에 의해 밀려 나가는 방향으로 전류를 생성하여 외부 자기장과 상쇄시키는 것으로 이해됩니다.

 

이러한 자기장 상쇄는 외부 자기장이 변화하거나 초전도체가 움직이더라도 계속 유지되므로,

초전도체가 자기장에 고정(Locking)된 것처럼 보입니다.

 

마이스너 효과는 초전도체의 다양한 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다.

 

예를 들어, 초전도자기 발전기와 같은 장치에서 자기장의 안정성을 확보하는 데 사용됩니다.

 

또한, 자기장을 검출하거나 차단하는 장치에도 적용될 수 있습니다.

 

초전도체의 퀀텀락킹이란?

퀀텀락킹(Quantum Locking)은 초전도체의 특이한 현상 중 하나입니다.

 

초전도체는 특정한 온도에서 전기 저항이 사라지는 현상을 보이는데, 이를 초전도 현상이라고 합니다.

 

이 현상에서 퀀텀락킹이란, 초전도체가 자기장에 노출되었을 때 자기장을 특이하게 잠그는 현상(Locking)을 의미합니다.

 

퀀텀락킹은 특정한 조건 하에서 초전도체에 의해 생성된 자기장이 외부 자기장과 정확히 반대 방향에 있을 때 발생합니다.

 

이 상태에서는 초전도체가 자기장을 특이하게 '잠그는' 효과가 있어서, 초전도체가 자기장에 고정되는 것처럼 보입니다.

 

이로써 초전도체는 자기장을 따라 이동하거나 회전할 수 있지만, 상대적으로 고정된 위치에 남아 있게 됩니다.

 

마이스너 효과의 예시

마이스너 효과는 초전도체의 특성 중 하나로, 외부 자기장을 완전히 상쇄시키는 현상을 말합니다.

 

이러한 특성은 다양한 응용 분야에서 활용됩니다. 몇 가지 마이스너 효과의 예시는 다음과 같습니다:

 

1. 자기 부상 및 부력: 마이스너 효과로 인해 초전도체가 자기장을 완전히 배출하는데, 이는 초전도체가 외부 자기장 안에서 부력을 생성한다는 것을 의미합니다. 이러한 부력은 자기 부상(levitation)의 기반으로 활용됩니다. 자기 부상은 자기 부력을 이용하여 물체를 지지하거나 떠오르게 하는 기술로, 자기 부상열차나 자기 부상자전거와 같은 고속 운송수단에 적용될 수 있습니다.

 

2. 자기 잠금: 마이스너 효과로 인해 초전도체는 외부 자기장을 특이하게 상쇄시키므로, 외부 자기장을 초전도체 주변으로 '잠그는' 효과를 가져옵니다. 이는 초전도체가 자기장에 고정된 것처럼 보이는 현상으로, 자기 잠금(magnetic locking)이라고도 합니다. 이러한 자기 잠금은 초전도 자기 부품의 제작이나 초전도 자기부상 실현에 사용될 수 있습니다.

 

3. 자기 장치 및 감지기: 마이스너 효과는 자기장을 효율적으로 배출하므로, 자기장을 감지하거나 제어하는 장치에 응용될 수 있습니다. 이를 통해 자기 장치, 자기 잠금 시스템, 자기 장치 센서 등을 개발할 수 있습니다.

이 외에도 마이스너 효과는 초전도체의 다양한 응용 분야에서 활용되고 있으며, 이러한 응용 분야는 계속해서 발전하고 있습니다.