초전도는 양자 역학적인 현상인가요?
초전도 현상
초전도 현상(超傳導現象, )은 어떤 물질이 전기 저항이 0이 되고 내부 자기장을 밀쳐내는 등의 성질을 보이는 현상으로, 대체로 그 물질의 온도가 영하 240˚C 이하로 매우 낮거나 구리나 은과 같은 도체의 경우에는, 불순물이나 다른 결함으로 인해 저항이 어느 값 이상으로 감소하지 않는 한계가 있다. 절대영도 근처에서도 실제 구리 시료의 저항은 0이 아닌 값을 가지게 된다. 반면 초전도체의 저항은 온도가 "임계 온도" 값보다 아래로 내려가면 갑자기 0으로 떨어진다. 초전도 전선으로 된 고리를 흐르는 전류는 전원 공급 없이도 계속 흐를 수 있다. 강자성이나 원자 스펙트럼 준위처럼, 초전도는 양자 역학적인 현상이다. 초전도는 단순히 고전 물리의 이상적인 "완전 도체"(perfect conductor) 개념으로는 설명될 수 없는 현상이다.
전기 쌍극자 모멘트
전기 쌍극자 모멘트(電氣雙極子moment, )는 물리학에서 전하로 이루어진 계의 극성을 재는 척도의 하나이다. 전기 쌍극자 모멘트를 가진 계를 전기 쌍극자(電氣雙極子, )라고 부른다. 초전도 현상
초전도체가 약한 외부 자기장 H 안에 놓이게 되면, 자기장은 초전도체를 완전히 투과하지 못하고 대략 두께 λ만큼만 투과하게 된다. 이 두께를 런던 투과 깊이(London penetration depth)라고 하는데, 초전도체에 들어간 자기장은 이보다 더 깊은 곳에서는 급격히 감쇄하여 0이 된다. 이것을 마이스너 효과라 하며, 초전도체의 중요한 성질 중의 하나이다. 대부분의 초전도체의 경우에 런던 투과 깊이는 100nm 정도이다. 초전도 현상
1957년에 존 바딘과 리언 쿠퍼, 존 로버트 슈리퍼는 초전도 현상을 미시적으로 설명하는 이론인 BCS 이론을 제안하였다.[7] 이는 발견자들의 이름 머릿자를 딴 것이다. 니콜라이 보골류보프 또한 1958년에 독립적으로 기본적으로 같은 이론을 발표하였다. 이 BCS 이론은 초전도 전류를 쿠퍼 쌍의 초유체로 설명하였다. 쿠퍼 쌍은 포논의 교환에 의해 상호작용하는 전자들의 쌍이다. 1972년 저자들은 이 업적으로 노벨상을 수상하였다. BCS 이론은 1958년 니콜라이 보골류보프가 원래는 여러가지 논증으로 유도되는 BCS 파동함수가 전자의 해밀토니언을 정준변환하여 얻어질 수 있음을 보임에 따라 서로 강한 연관이 있음을 보였다.[8] 1959년에 레프 페트로비치 고리코프()는 BCS 이론이 임계 온도 근처에서 긴즈부르크-란다우 이론으로 환원됨을 보였다.[9] 초전도 현상
이 밖에도, 다음과 같이 분류할 수 있다. 양자 포인트컨택트
양자 포인트컨택트(QPC)는 매우 좁은 두개의 구역에 전기전도가 이루어지는 현상을 지칭한다. 심지어 이 구역의 크기는 나노에서 마이크로의 규모의 전자의 파장에 비견된다. 양자 포인트컨택트는 처음에 영국과 함께 네덜란드 연구팀에 의해 독립적으로 1988년에 처음 제안되었다. 영국팀에 의해 이루어진 이전의 연구는 어떻게 쪼개진 게이트들이 2차원의 전자가스가 1차원으로 어떻게 변환되는데 사용될 수 있는지 설명했다. 처음에는 규소로 그리고 갈륨비소로 설명하였다. 고온 초전도체
고온 초전도체는 전통적인 초전도체 이론인 BCS이론을 따르지 않는 흔히 30 K 이상의 온도에서도 초전도성을 보이는 물체를 말한다. 최초의 고온 초전도체는 구리산화물계열이었고 2008년에는 철산화물계열의 고온초전도체가 발견되어 귀추가 주목되고 있다. 양자 소용돌이
초유체에서의 양자 소용돌이는 초전도체에서의 그것과는 다르다. 주요 유사점은 그들이 둘다 위상 수학적인 결함이라는 것이다. 그리고 그들은 모두 양자화 되어 있다. 더욱이 각 양자 소용돌이의 구성은 초유체도 초전도체도 아니다. 초유체에서 양자 소용돌이는 각운동량을 운반하며 그리하여 초유체가 회전하게 허여한다. 초전도체에서는 소용돌이가 자기 플럭스를 운반한다.  관성 좌표계
뉴턴 역학에서는 물체의 자연 운동을 등속 직선 운동으로 정의하고 절대 공간에 대하여 등속 직선 운동하는 모든 좌표계를 관성 좌표계로 전제하였다. 그러나 위에서 살펴본 바와 같이 여러 학자들에 의해 절대 공간은 부정되었고 특히 아인슈타인의 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론은 뉴턴 역학을 아우르는 좀 더 큰 범주에서 시간과 공간 그리고 힘을 이해하는 일반적인 체계를 제공하였다. 뉴턴이 살던 시대에 항성 주위 어딘가로 간주되었던 절대 공간은 그 후 에테르라는 가상의 매질이 절대 운동의 기준인 것으로 믿어졌고, 마이켈슨 몰리 실험으로 그것이 존재 하지 않음이 밝혀졌다. 마이켈슨 몰리 실험은 에테르를 발견하기 위한 것이었으나 목적을 달성하지 못했지만 빛의 속력이 일정함을 실험적으로 증명할 수 있었다. 그러나 광속이 일정하다는 것은 맥스웰 방정식으로는 쉽게 보일 수 있었지만 뉴턴 역학으로는 설명할 수 없었다. 뉴턴 역학에 의하면 광원의 속도에 따라 광속은 달라지며 심지어 무한대가 될 수도 있기 때문이다. 아인슈타인은 광속이 불변임을 받아들인다. 모든 관성계에서 물리 법칙이 동일하게 적용되기 위해서는 기존의 갈릴레오 변환이 아닌 새로운 변환체계가 필요했다. 그것이 바로 특수 상대성 이론에 등장하는 수학적인 계산 부분인 ‘로렌츠 변환’ 이다. 이것은 각 관성계에서 나름대로 측정한 물리량들은 제각기 다를 수 있는데 한 관성계에서 관찰한 물리량 값에서 다른 관성계에서 측정한 물리량 값을 계산할 수 있는 절대적인 규칙이다. 특수 상대성 이론의 두 가지 대전제는 다음과 같다.이것은 결국 ‘광속의 일정함’을 모든 관성계에서 성립하도록 하기 위한 것이었으며 특수 상대성 이론은 맥스웰의 전자기학 때문에 깨어질 수 있었던 ‘갈릴레오의 불변 원리(Galileian Relativity 또는 Galileian Invariance)'를 갈릴레오 변환이 아닌 로렌츠 변환을 적용함으로써 살려낼 수 있었다. 그 필연적인 결과로 ‘시간과 공간은 별개의 것이 아니며 관찰자의 운동 상태에 따라 상대적이다’ 라는 결론으로 귀결된다. 이로써 물리법칙은 모든 관성계에서 같은 형태로 기술되며 절대 공간은 물리적으로 무의미한 것이 된다. 아인슈타인은 특수 상대성 이론은 1916년 일반 상대성 이론으로 발전하였다. 특수 상대성 이론이 서로 등속 직선 운동 하는 관성계라는 특수 상황을 바탕으로 했다면 일반 상대성 이론은 가속되는 좌표계까지 포함하는 이론이다. 일반 상대성 이론의 기본 원리는 ‘등가 원리 (Equivalence Principle)'로서 가속도의 효과와 힘은 구별할 수 없다는 것이다. 가속되는 계에서 나타나는 가속도 효과는 뉴턴 역학에서 말하는 가상의 힘인 ‘관성력’이다. 그러나 ‘관성력’과 ‘중력’을 구분할 수 없으며 동등하다. 예를 들어 구심 가속도가 g 인 비관성계는 중력이 작용하는 관성계와 구분할 수 없다. 결국 어떤 계가 가속운동을 하느냐 등속 직선 운동을 하느냐와 관계없이 모든 좌표계는 동등하다. 가속되는 한 계의 관성력은 다른 계에서 다른 형태의 실제 힘으로 인식될 수 있기 때문이다. 뉴턴 역학의 적용을 위한 대전제였던 관성 좌표계는 특수 상대론에 의해 (뉴턴 역학과 전자기학을 포함하는)모든 물리 법칙이 동일하게 적용되는 좌표계로 확장되었고 절대 공간 개념은 폐기되었다. 또 일반 상대론은 가속도 효과와 중력을 통합하고 그것을 모든 자연 현상에 적용함으로써 관성계와 비관성계의 경계를 허물었다. 초저온 원자
초저온 원자()는 절대 영도에 매우 가깝게 유지되어 있는 원자기체이다. 주로 1마이크로켈빈(µK) 이하의 온도를 갖고 있을 때를 의미한다. 초저온에서는 원자의 양자역학적 특성이 중요하게 작용하며, 고전 열역학으로 설명 불가능한 새로운 상태에 도달한다. 보손의 경우 보스-아인슈타인 응축 (BEC) 현상을, 페르미온의 경우 겹친 페르미 기체를 관측할 수 있다. 원주율
원주율 자체는 물리 상수가 아니지만 물리학의 여러 분야에서 두루 사용한다. 이는 자연 현상의 상당수가 원과 관계가 있기 때문이다. 예를 들어 회전수를 일정하게 유지하는 등속원운동에서 각속도와 원주속도는 다음과 같이 계산할 수 있다. 초전도 현상
마이스너 효과는 외부에서 가해지는 자기장이 너무 크면 파괴된다. 초전도체는 이 파괴가 어떻게 일어나느냐에 따라 두가지로 구분된다. 제 1종 초전도체</b>에서는 가해진 자기장이 어떤 임계값 Hc 이상이 되면 갑자기 깨어진다. 샘플의 모양에 따라서, 샘플이 자기장을 포함하는 중간 상태</b>와 샘플이 자기장을 포함하고 있지 않은 초전도 상태</b>가 혼합되어 있다. 반면, 제2종 초전도체</b>에서는, 외부 자기장이 Hc</i>1보다 큰 값이 되면 물질이 자기 선속이 물질을 통과하지만 전류가 크지 않은 한 저항값이 0인 상태가 지속되는 혼합 상태</b>가 된다. 자기장이 두 번째 임계 자기장인 Hc</i>2보다 커지면 초전도성이 파괴된다. 혼합 상태는 사실 전자 초유체에 있는 와동(vertex)에 의해 생겨나며, 이 와동에 의한 자기 선속은 양자화된다. 이 양자를 플럭손(fluxon)이라고 한다. 초전도 현상
1950년에, 레프 란다우와 비탈리 긴즈부르크가 초전도체의 현상론적인 모형인 긴즈부르크-란다우 이론을 발표하였다.[4] 란다우의 2차 상전이 이론을 슈뢰딩거 방정식과 결합시킨 이 이론은 초전도체의 거시적 성질을 설명하는 데 큰 성공을 거두었다. 한편으로는, 알렉세이 알렉세예비치 아브리코소프는 긴즈부르크-란다우 이론이 초전도체가 제 1종과 제 2종으로 불리는 두 종류로 구분됨을 예측하였다. 아브리코소프와 긴즈부르크는 그들의 공로로 인해 2003년 노벨상을 수상하였다. (란다우는 1968년 사망하였다.) 또 1950년에는 맥스웰과 레이놀즈 등이 초전도체의 임계온도는 그 구성 원소의 동위원소 질량에 따라 변할 수 있음을 보였다.[5][6] 이 동위원소 효과 발견은 당시에 전자-포논간 상호작용이 초전도 현상의 미시적 메카니즘임을 오도하게 하였다. 힉스 메커니즘
물리학에서, 최초로 국소적 대칭이 깨짐을 다룬 이론은 초전도체를 다루는 BCS 이론이다. BCS 이론에서는 내부적인 U(1) 대칭이 저절로 깨지면서 쿠퍼 쌍이 생기게 된다. 이와 유사한 현상이 입자물리학에서도 나타날 수 있다는 사실은 1963년에 필립 워런 앤더슨이 지적하였다. 철-비소 기반 초전도체
A자리에 칼륨(K)을 넣어 정공을 첨가하거나 철 자리에 코발트(Co)를 넣어 전자를 첨가하면 초전도 현상을 보이게 된다. 불순물의 양이 증가할수록 스핀밀도파동은 억제되고 초전도 현상이 강화되지만 일정 이상이 되면 다시 약화된다. 122시스템의 경우 보고된 가장 높은 전이 온도는BaKFeAs의 조성을 가질 때의 38K이다. 극갈림율
원자물리학에서, 극갈림율()은 단위 외부 전기장에 의해 주어진 입자에 발생하는 전기 쌍극자 모멘트이다. 즉, 입자의 전자 구름이외부의 전기장에 의해서 보통 모양과 달라지는 상대적인 경향성이다. 운동 (물리학)
원자 수준의 현상을 기술하는것 뿐만 아니라 양자 역학은 초유체, 초전도체나 후각 수용체, 단백질의 구조를 포함하는 생물계 같은 거시 수준의 현상들을 이해하는데에도 매우 유용하다. 초전도 현상
초전도체는 또한 디지털 회로, RF 회로, 마이크로파 회로, 휴대 전화 기지국을 만드는 데 사용된다. 초전도 현상
초전도는 다양한 종류의 물질에서 나타나는데, 주석이나 알루미늄과 같이 한가지 원소로 된 물질에서도 일어나고, 다양한 금속 합금이나 도핑된 세라믹 물질에서도 나타난다. 한편 초전도는 금이나 은과 같은 귀금속에서는 나타나지 않으며, 순수한 강자성 금속에서도 나타나지 않는다. 초입자
이론물리학에서, 초입자(超粒子, )는 초공간 속을 움직이는 입자이다. 초장의 한 양자를 나타내며, 그 힐베르트 공간은 그 초다중항에 속하는 입자들의 (1입자) 힐베르트 공간들의 직합이다. 아브리코소브 소용돌이
초전도체에서 아브리코소브 소용돌이는 2종 초전도체의 초전류 소용돌이이다. 초전류는 소용돌이의 핵심인 보통의 비초전도 영역주위로 회전한다. 핵심은 크기가 formula_1-초전도 결맞는 거리-이다. 초전류는 핵심에서 런던 침투깊이 formula_2내에 붕괴한다.  초끈 이론
초끈 이론은 기본적으로 상대성이론과 양자론의 충돌을 설명하기 위해 만들어진 이론이다. 이 충돌은 바로 플랑크 길이라는 아주 작은 영역 안에서 일어나는 일로서 양자적 요동이라는 현상에서 발생한다. 양자론은 이 양자적 요동을 예견했지만 중력장이 이 양자 요동의 영향을 받기 때문에 상대성이론의 체계에 맞지 않는다. 이 점을 무시하고 두 이론의 식을 통합하면 확률이 무한%라는 결과가 나왔기에 두 이론을 알맞게 통합하기 위해 만들어진 이론이 바로 이 초끈이론이다. 초전도 현상
초전도체는 자기장을 차단하는 특성이 있어 자석 위에 가까이 가져가면 자석위에 떠 있게 되는데, 이와 같은 현상을 마이스너 효과라고 한다. 또, 초전도체는 저항이 없어 전류가 흘러들어도 전력 손실이 전혀 발생하지 않아, 대량의 전기를 손실없이 저장하거나 송전이 가능하다. 뿐만 아니라 초전도체는 매우 센 전류를 흐르게 하여 강한 자기장을 얻을 수 있으므로 이를 이용하여 자기 부상 열차에 사용이 가능하다. 마이클 베리 (물리학자)
양자역학과 광학의 현상인 기하학적 위상으로 유명하고 준고전물리학 (점근적인 물리학, 양자혼돈)을 양자역학의 파동현상과 광학에 응용하였다. 프닉타이드 산화물
인에 기반을 둔 첫 철-닉타이드 산화물 계통의 초전도체는 2006년 발견되었다. 급격한 "초전도성(초전도 상전이 임계 온도)"의 증가는 인이 비소로 치환됨으로써 얻어졌다.. 이 발견은 1986년 발견된 구리계 산화물이 그러했듯이 비슷한 화합물의 연구를 촉발시켰다. 양자역학 개론
빛은 어떤 측면에서는 입자처럼 행하고 다른 측면에서는 파동처럼 행동한다. 물질(전자나 원자같은 입자들로 이루어진 우주의 "어떠한 것들")또한 파동같은 행동을 보인다. 네온 사인과 같은 몇몇 광원은 특정한 주파수의 빛만 방출한다. 양자역학은 이러한 빛이 전자기복사이면서 독립적인 단위인 광자임을 보여주고, 그 빛의 에너지, 색깔, 스펙트럼의 세기를 예측한다. 하나의 광자는 전자기장의 관측 가능한 가장 작은 양인 양자이다. 왜냐하면 부분적인 광자는 관측된 적이 없기 때문이다. 더 나아가서, 큰 규모의 고전역학에서는 연속적으로 보였던 각운동량 같은 물리량들이, 작고 확대된 규모의 양자역학에서는 "양자화" 된 것으로 밝혀졌다. 각 운동량은 따로 떨어져 있는 허락된 값들 가운데 하나만 가질 수 있고, 값들 사이의 간격은 매우 작아서 원자 수준에서야 불연속성이 드러난다. 자연과학
양자역학의 성립은 곧 고전역학이 더이상 완벽하지 않다는 것을 입증하는 것이었다. 동시에 그동안 고정적으로 인식되고 있었던 우주와 자연 현상이 실상은 확률적으로 일어나는 사건에 의지한다는 양자역학의 핵심 개념은 사람들의 세계관에 큰 영향을 주었다. 슈뢰딩거의 고양이는 유명한 사고실험으로 양자 역학의 확률성을 잘 보여준다. 초유체
초유체 현상은 양자역학적인 현상으로 보스-아인슈타인 응축 모형으로 설명된다. 즉, 다수의 보손이 동일한 양자상태를 갖게 된다. 이와 같이 헬륨 입자가 모두 바닥 상태로 응축될 수 있다. 즉 초유체 상태는 레이저, 초전도 현상와 같이 거시적인 양자역학적 상태이다. 헤이커 카메를링 오너스
헤이커 카메를링 오너스(Heike Kamerlingh Onnes, 1853년 ~ 1926년)는 네덜란드의 물리학자이다. 저온 물리학의 개척자이다. 흐로닝언에서 출생하였으며 흐로닝언 대학교에서 물리학과 수학을 공부하였다. 그 후 독일의 하이델베르크 대학에 유학하였으며, 1894년에는 라이든 대학 부속 저온 연구소를 창설하였다. 그는 이곳에서 액체 공기·액체 수소·액체 헬륨의 제조에 성공하여 1913년 노벨 물리학상을 받았다. 그는 저온에서의 연구로 초전도 현상(특정 물질이, 매우 낮은 온도에서 전기 저항이 사라지는 현상)을 발견했다. 초전도 현상
초전도체와 일반 고체(부도체 혹은 도체) 사이에 상전이가 일어날 때에는 전기전도도가 무한대가 되는 것과 함께 전자들의 에너지 분포가 바뀐다. 일반 도체일 때에는 전자의 에너지 준위가 페르미 에너지 준위를 중심으로 연속적으로 분포한다. 즉, 전자는 페르미 에너지를 중심으로 어떠한 에너지 값을 가져도 된다. 하지만 초전도체에서는 페르미 에너지 준위를 기준으로 약간 위와 약간 아래에 전자가 존재할 수 있는 영역이 한정적으로 허용된 전자의 에너지 띠에 띠틈이 있다. 이는 초전도체 시료를 주사 터널 현미경으로 전기전도도의 미분값을 관찰하여 얻을 수 있다. 또한 1990년대 이후 연구된 고온 초전도체의 경우에는 초전도 현상을 보이지 않는 온도 범위에서도 이러한 띠틈이 존재한다. 이를 유사틈(pseudogap)이라고 부른다. 유전율
일반적으로 유전체가 전자기파의 에너지를 흡수하는 과정은 주파수에 따라 다양한 메커니즘으로 일어난다.양자역학적으로 볼 때, 원자 혹은 분자간 미시적 상호작용은 여러 범위에 걸쳐 존재하며, 이 상호작용들은 우리가 유전율이라 부르는 거시적 거동으로 나타나게 된다. 극성 유전체 매질 속에 있는 분자들에 저주파 전자기파를 가하면 분자들은 장의 움직임에 따라 주기적으로 회전하게 된다. 긴즈부르크-란다우 이론
물리학에서, 긴즈부르크-란다우 이론()은 초전도체를 다루는 현상론적인 모형이다. 미시적인 BCS 이론의 유효 이론이다. 물리학
가장 익숙한 응집 상태의 예로는 고체와 액체를 들 수 있는데, 이들은 원자들 사이의 결합과 전자기력에 의해 생겨나는 것이다. 보다 특이하고 흥미로운 응집 상태로는 아주 낮은 온도에서 특정한 원자계에서 발견되는 초유체와 보스-아인슈타인 응축상, 특정한 물질에서 전도 전자들에 의해 나타나는 초전도상, 원자 격자에서의 스핀의 정렬에 따른 강자성과 반강자성상 등을 들 수 있다. 초전도 현상
일반적인 도체에서는, 전류는 전자가 무거운 이온 격자 사이를 움직여 가는 것으로 표현된다. 전자들은 이온과 격자에 계속 충돌하며, 각각의 충돌에서 전류에 의해 전달되던 에너지의 일부가 격자로 흡수되고 열로 변환된다. 이것이 이온 격자의 운동에너지이다. 결과적으로 전류에 의해 운반되던 에너지는 점점 흩어진다. 이것이 전기적 저항이 일어나는 현상이다. 초전도 현상
약 1993년부터, 가장 높은 임계 온도를 가지는 초전도체는 탈륨·수은·구리·바륨·칼슘·산소로 구성된 세라믹 HgBa2Ca2Cu3O8+δ으로서, 임계 온도가 Tc=138 K 였다.[13] 초전도 현상
나이오븀, 테크네튬, 바나듐, 탄소 나노튜브 따위를 제외한 나머지 가장 고순도의 단원자 초전도체들은 제 1종 초전도체들이고, 나머지 대부분의 불순물이 섞이거나 화합물인 초전도체들은 제 2종 초전도체들이다. 흑연 층간 물질
1965년 처음으로 알칼리 금속(칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs))을 넣은 흑연 층간 물질에서 초전도 현상이 나타났으며, 이 화합물의 화학식은 CA(A=K,Rb,Cs)이고, 초전도성 임계 온도는 모두 1K 이하로 매우 낮았다. 이 후, 큰 압력을 가해서 좀 더 금속의 농도를 증가시킨 물질(CK, CK, CNa, CNa)들을 합성하였고, CNa의 경우 임계 온도가 5K으로 가장 크게 나타났다. 극저온
극저온 상태는 어떤 물질의 온도가 절대 영도에 가까운 상태로 정의되며, 이때는 '초전도 현상'과 '초유동 현상'이 나타난다. 초전도 (Superconductivity)란 어떤 온도(전이온도) 이하에서는전기 저항이 0이 되는 현상을 말한다. 초유동(superfluidity)은 액체의 점성 저항이 0이 되는 현상으로 액체 헬륨은 2.2K (약 -271 °C) 이하로 냉각시키면 초유동 상태가 된다. 초전도와 초유동은 극저온에서 나타나는 특이한 현상으로 원자 수준의 미시 세계에서 나타나는 양자 현상이 거시 세계에서는 관찰되는 경우다. 카를 알렉산더 뮐러
1980년대 초반에 그는 고온에서 초전도 현상을 나타낼 수 있는 물질을 찾기 시작했다. 당시 초전도 현상이 일어날 수 있는 임계 온도(최고 온도)는 23K으로 알려져 있었다. 1983년 그는 베드노르츠를 IBM 연구소의 연구원으로 뽑아 자신과 함께 체계적으로 산화물에 대한 연구를 돕게 했다. 1986년 그들은 란타늄 구리계 페롭스카이트(LBCO) 물질이 35K에서도 초전도 현상이 일어난다는 사실을 알게 되었다. 그로 인해 초전도 현상의 임계 온도는 12K 상승하게 되었다. 당시 기준으로서는 불가능할 정도로 높아진 온도였다. 그들은 1986년 4월에 이 연구 결과를 발표했다. 그 해에 도쿄 대학교의 쇼지 다나카 교수와 휴스턴 대학교의 추칭우 교수는 독자적으로 이들의 연구를 증명해 주었다. 이 연구는 또다른 고온 초전도체 연구에 영향을 주어 BSCCO(107K에서 초전도 현상) 및 추칭우 교수 등에 의한 YBCO(93K에서 초전도 현상)의 발견 등을 이끌었다. BCS 이론
모든 물질 내에 존재하는 전자들은 - 전하를 띠고 있고, 두 개의 전자는 쿨롱의 법칙에 의해 서로 밀어내려는 척력을 가진다. 그런데 초전도체의 온도를 충분히 내리면, 초전도체 내부의 전자들은 서로 밀어내기보다는, 서로 끌어 당겨서 쿠퍼 쌍을 이루는 것이 더 안정된 상태를 이루게 된다. – 전하를 띤 전자가 지나가면 + 전하를 띤 양이온은 전자의 방향으로 인력을 받아서 그 방향으로 움직이게 된다. 하지만 양이온의 질량은 전자의 질량보다 1,800배가량 무겁기 때문에 이동 속도가 전자에 비해 현저히 느리며, 전자가 이미 지나가서 그 자리에 있지 않더라도 무거운 양이온은 쉽게 방향을 전환할 수 없기 때문에 그 방향으로 계속 움직이게 된다. 이렇게 양이온들이 끌려간 곳은 + 전하를 좀 더 많이 띠게 되고, 또 다른 전자는 이 양이온 방향으로 끌어 당겨지게 되는 것이다.
등분배 원리로 생각해보면, 
이 되고, 이에 따라 양이온의 속도는 전자의 속도보다 1/100배 정도 느리다는 것을 알 수 있다. 초유체
이론적으로, 주어진 양자역학적 계가 초유체성을 가지는지의 여부는 란다우 조건()을 따라 판정할 수 있다. 이 조건에 따르면, 계의 분산 관계가 선형이라면 계는 초유체성을 가진다. 즉,
일 경우 계는 초유체가 된다. 초유체
초유체 속에서는 점성이 없으므로, 유체 속에서 발생하는 소용돌이는 그 에너지가 분산되지 않아 안정하게 존재할 수 있다. 이 경우, 소용돌이의 회전 속도는 각운동량의 양자화에 의해 양자화된다.
여기서 formula_2은 초유체를 구성하는 입자(헬륨-4 원자 등)의 질량이다. 고전물리학
고전물리학의 방정식들은 플랑크 상수를 발견하기 이전에 수립되었다. 대응원리와 에렌페스트의 정리에 따르면 계가 충분히 클 때에만(작용 » 플랑크 상수) 초유체 현상 같은 고전 역학으로는 설명할 수 없는 예외적인 현상이 일어난다. 때문에 일상 생활의 범주에서는 고전물리학의 개념과 법칙이 여전히 유효하며 양자역학적 개념은 무시할 수 있다. 한편, 현대물리학에서는 고전역학과 양자역학의 상응에 대한 연구가 꾸준히 이루어지고 있다. 이러한 연구에서는 어떻게 고전물리학 법칙이 적용되는 계의 한계점에서 양자역학적 법칙이 작동되는지를 고찰한다. 운동 (물리학)
양자 역학은 원자 수준의 물질(분자와 원자)과 아원자 입자(전자, 양성자 등)에서의 물리적 계를 기술할 때 쓰인다. 예를 들어, 물질이나 방사선 에너지의 파동적 성질과 입자적 성질이 동시에 나타나는 현상을 기술할 때 쓰인다. 이는 파동-입자 이중성이라고 불린다. 프닉타이드 산화물
닉타이드 산화물에서의 초전도는 철과 5족 원소의 층에 생기는 것으로 보인다. 흑연 층간 물질
흑연 층간 물질에서의 초전도 현상이 더 주목받은 이유는 순수한 흑연에서는 초전도 현상이 전혀 나타나지 않기 때문이다. 또한 2001년에 발표된 이붕화 마그네슘(MgB)의 초전도 현상과 비슷한 측면이 있기 때문에 더욱 주목받을 수 있었다. 붕소
2001년 일본 아오야마가쿠인(靑山學院) 대학의 아키미츠 준(秋光純) 교수팀이 이붕화 마그네슘(MgB)이 39K라는 비교적 고온에서 초전도 현상을 나타내는 것을 발견하였으며, 재미 한국인 과학자인 최형준 박사가 그 초전도성 메커니즘을 최초로 규명하였다. 초반자성
초반자성은 물질의 초전도가 위상 천이의 단계임을 확증한다. 초전도 자기 부상은 초반자성으로 인한 것인데, 그것은 자석이 부유하여 떠나는 것을 막는다. 초전도 현상
여기서 H {\displaystyle H} 는 자기장이고, λ {\displaystyle \lambda } 는 런던 투과 깊이이다. 이 방정식을 런던 방정식이라고 하며, 이에 따라 초전도체의 자기장이 표면에서 속으로 들어감에 따라 지수급수적으로 감소하게 된다. 안드레예프 반사
안드레예프 반사 ()는 전도체에서 초전도체 물질로 전류가 흐르는 과정에서, 정상 전류 (normal current)가 초전류 (supercurrent)로 바뀔 때 정공 (hole)이 반사되는 현상이다. 전도체에 흐르는 전류는 전자가 이동하는 것이며, 초전도체에 흐르는 초전류는 전자 두 개가 쿠퍼 쌍을 이루어, 이러한 쿠퍼 쌍들이 이동하는 것이다. 따라서 전도체 및 초전도체에서 흐르는 전하량 및 스핀 모멘트가 보존되기 위해선 전도체와 초전도체의 경계면에서 양 (positive)의 전하량을 갖는 정공이 반사되어, 전자의 방향과 반대 방향으로 이동하게 된다. 이 현상은 러시아 물리학자 알렉산드르 표도로비치 안드레예프()의 이름을 따서 지어졌다. 초전도 현상
그러나 한편으로는, 물질이 무엇이냐에 상관없이 초전도체이면 공통적으로 가지는 성질들이 있다. 예를 들면 모든 초전도체는 자기장이 없을 때 작은 전류에 대해 정확히 0인 전기 저항을 가진다. 이러한 '공통적인' 성질은 초전도성이 하나의 열역학적인 상이며, 물질의 미시애인 구조에 독립적인 특정한 성질을 가진다는 것을 암시한다. 양자 요동
양자물리학에서, 양자 요동은 베르너 하이젠베르크의 불확정성 원리로부터 일어나는, 
우주의 한 지점에서 에너지의 양의 일시적 변화이다.
법칙의 한 표시에 따르면 에너지와 시간은 관계할 수 있다. 초전하
초전하(超電荷, )는 입자의 양자수의 하나로, 아이소스핀과 맛깔을 전하로 연결한다. 초전하
초전하는 기묘 쿼크, 맵시 쿼크, 바닥 쿼크, 꼭대기 쿼크의 수와 바리온 수의 합이다. 초전류
초전류()는 다음과 같은 뜻이 있다. 역학 (물리학)
고전 역학에서도 물질이나 전하 같은 입자로 취급할 수 있는 물리량은 양자로서 설명할 수 있다. 그러나, 고전 역학에서는 전자기 복사와 같은 에너지의 흐름은 연속되는 양으로서만 취급한다. 1900년 독일의 물리학자 막스 플랑크는 흑체 복사 실험에서 온도가 높을 때 전자기파의 강도 분포가 고전 역학의 예측과 다른 이유를 에너지가 양자화 되어 전달되기 때문이라는 것을 밝혔다. 플랑크는 흑체 복사의 측정 자료와 일치하는 수리 모형을 제시하기 위하여 방출된 빛의 에너지가 훗날 플랑크 상수로 불리게 된 특정한 상수와 진동수를 곱한 값의 정수배로만 주어진다고 가정하였고, 이러한 가정은 여러 차례의 실험을 통하여 잘 들어맞는 것이 확인되었다. 초전도 초충돌기
초전도 초충돌기(Superconducting Super Collider, SSC)는 텍사스주의 웩서헤치 시 (Waxahachie) 근처에 건설될 예정이었던 입자 가속기이다. 별명은 데저트론이다. 1993년 계획이 취소되었다.
미국은 우주 정거장과 거대 입자가속기 중 우주정거장에 집중하기로 하여, 1993년 데저트론 계획을 취소했다. 발터 마이스너
프리츠 발터 마이스너(, 1882년 12월 16일 ~ 1974년 11월 16일)는 독일의 물리학자이다. 초전도 특성의 하나인 마이스너 효과를 발견했다. 전자기학 활용 사례의 이론적 고찰
전자기학은 뉴턴의 역학과 함께 고전 물리학으로 분류되지만, 뉴턴 역학과는 다르게 전자기학은 오늘날까지도 많은 분야에서 다양하게 활용되고 있다. 20세기 초반, 매우 낮은 온도에서 전기적 저항이 사라지는 초전도체가 발견되었다. 초전도체는 전기저항을 획기적으로 감소시킬 수 있기에 에너지 효율성은 물론 기기의 소형화에도 응용될 수 있다. 때문에, 오늘날 이를 상온에서도 사용할 수 있도록하는 연구가 각광받고 있다. 뿐만 아니라, 초전도체에 의한 자기 현상을 이용하여 자기 부상열차 등의 운송 수단에 활용되고 있다. 전자기 현상은 군사적으로도 활용되고 있는데 최근 EMP탄과 이를 방어할 수 있는 차폐 연구도 큰 관심을 받고 있다. EMP는 고에너지의 전자기파인 감마선이 방출되는 현상으로 전자기기의 기능을 마비시키는 것으로 잘 알려져있다. 원래 EMP는 핵 폭탄이 폭발하면서 나오는 것으로 알려져있는데 최근에는 EMP만을 방출시키는 EMP 탄이 개발되었으며 반대로 EMP 탄에 의한 군사시설 마비등을 방지하기 위하여 이를 차폐하는 시설을 구축하고 있는 추세이다. 상자 속 입자
만약 이 문제를 고전역학적 관점에서 뉴턴의 운동 법칙들을 사용해 풀면 직관적이고 예측 가능한 결과가 나온다. 하지만 양자역학적 관점에서 슈뢰딩거 방정식을 사용하면 에너지 상태가 양자화되어 있다는 것이나 우물 안의 각 지점에서 입자를 발견할 확률이 서로 다르다는 것 등 전혀 직관적이지 않은 결과가 나온다. 심지어는 입자가 발견될 확률이 0인 지점도 있다. 우리가 흔히 일상에서 경험하는 상황이나 고전역학의 관점에 전혀 부합하지 않는 결과가 나오는 것이다. 하지만 이런 결과들이 결국 사실임이 여러 실험을 통해 증명되었다. 프닉타이드 산화물
닉타이드 산화물에서 초전도가 보이는 원인은 아직 명확하게 밝혀지지 않았다. 항성운동학
일부 유형의 초신성은 백색왜성이 근처의 짝별과 충돌하거나 짝별 외곽 물질의 소비를 통해 발생하는 것으로 추측된다. 이 시기에 백색왜성과 그 주변의 짝별은 매우 큰 궤도 속도를 지닌다. 초신성 폭발 기간 동안 백색왜성의 막대한 질량 손실로 근처의 짝별이 초당 수백 킬로미터에 달하는 매우 큰 궤도 속도로 날아가 초고속별이 된다. 폭발한 백색왜성의 초신성 잔해는 자체의 매우 빠른 궤도 속도로 인해 새로이 빠르게 움직이는 중성자별을 남긴다. 이는 대부분의 HVS와 매우 빠르게 움직이는 중성자별의 기원으로 여겨진다. 철-비소 기반 초전도체
철-비소 기반의 초전도체가 발견됨에 따라 기존에 존재하던 구리산화물 초전도체와 비교가 될 수밖에 없었다. 두 초전도체 모두 층상 구조를 가지고 mother compound에서 반강자성 정렬을 이루다가 불순물이 첨가될수록 초전도 현상을 보이게 되는 공통점을 가지고 있다. 그러나 구리산화물 초전도체는 모트-부도체인 반면에 철-비소 기반의 초전도체는 금속성을 띤다. 또한 하나의 오비탈만 역할을 하는 구리산화물과는 달리 짝수 개의 수송 전하를 가지고 있어 Fermi level 근처에서 다중-밴드(multi-band)를 고려해 주어야 한다. 초전도 현상
Kleinert, Hagen, "Disorder Version of the Abelian Higgs Model and the Order of the Superconductive Phase Transition," Lett. Nuovo Cimento 35, 405 (1982) (also available online: ) Kleinert, Hagen, Gauge Fields in Condensed Matter, Vol. I, " SUPERFLOW AND VORTEX LINES"; Disorder Fields, Phase Transitions, pp.1–742, ; Paperback ISBN9971-5-0210-0 (also readable online: ) Larkin, Anatoly; Varlamov, Andrei, Theory of Fluctuations in Superconductors, Oxford University Press, Oxford, United Kingdom, 2005 (ISBN0-19-852815-9) Matricon, Jean; Waysand, Georges; Glashausser, Charles; The Cold Wars: A History of Superconductivity, Rutgers University Press, 2003, ISBN0-8135-3295-7 ScienceDaily: (애리조나 대학교) August 17, 2006 철-비소 기반 초전도체
2008년 초 철 기반의 새로운 초전도체가 일본의 Hosono그룹에서 보고되었다 (Y. KamiharaT., 2008). 이는 LaFeAsO의 화학식을 가지는 금속을 띠는 물질이지만 산소 자리에 불소가 도핑되면서 초전도 현상이 나타나는 것을 보였다. 원자의 배열 구조는 편형 형태로서 LaO 층과 FeAs층이 번갈아가며 쌓여있다. F원자가 산소 자리를 채우면서 전자 하나가 많아지고 이것이 FeAs층에 전자를 공급하여 전하를 운송하게 되며 이를 통해서 초전도 현상이 나타나게 된다. 이후 이와 비슷한 성질을 가지는 물질이 AFeAs (A = Sr, Ca, Ba, Eu)구조에서도 발견되었다. 이 물질 또한 초전도 현상을 보이지 않지만 정공 또는 전자를 도핑하거나 압력을 가해주면 초전도 현상을 보이게 된다. 또한 원래의 물질은 온도가 내려감에 따라 스핀밀도파동(spin density wave)전이를 보이는데 위의 세 가지 요소에 따라 이것이 점차 억제되고 서서히 초전도 현상이 나타난다. 일부 아직까지 확실하지는 않지만 초전도 현상과 스핀밀도파동 전이가 공존하는 경우도 보고되고 있다. 절대 영도
절대 영도에 가까운 극저온 상태에서는 초전도 현상과 초유동 현상이 나타난다. 초전도 (Superconductivity)란 어떤 온도(전이온도) 이하에서는 전기 저항이 0이 되는 현상을 말한다. 초유동(superfluidity)은 액체의 점성 저항이 0이 되는 현상으로 액체 헬륨은 2.2 K (약 −271 °C) 이하로 냉각시키면 초유동 상태가 된다. 초전도와 초유동은 극저온에서 나타나는 특이한 현상으로 원자 수준의 미시 세계에서 나타나는 양자 현상이 거시 세계에서는 관찰되는 경우다. 긴즈부르크-란다우 이론
긴즈부르크-란다우 모형은 초전도체의 여러 현상들을 다음과 같이 설명한다. 운동 (물리학)
고전 역학에서 위치나 속도같은 물체의 상태에 대한 정확한 측정과 예측이 가능하다. 하지만 양자 역학에서는 하이젠베르크의 불확정성 원리 때문에 미시세계의 완벽한 상태(위치나 속도)들은 동시에 측정될 수 없다. 초전도 현상
1962년 웨스팅하우스 회사는 최초의 상업용 초전도 전선을 나이오븀-타이타늄 합금을 사용하여 개발하였다. 같은 해에 브라이언 데이비드 조지프슨은 초전도 전류가 얇은 부도체 층으로 분리된 초전도체 사이를 흐를 수 있다는 중요한 이론적 예견을 하였다.[10] 조지프슨 효과라 불리는 이 현상은 초전도 양자 간섭 장치와 같은 초전도를 사용하는 기계에 이용된다. 초전도 양자 간섭 장치는 양자 자기 선속을 가장 정확하게 측정하는 데 쓰이며 Φ 0 = h / 2 e {\displaystyle \Phi _{0}=h/2e} , (양자 홀 비저항(Quantum Hall Resistivity)과 결합되어) 플랑크 상수 h를 측정하는 데에 쓰일 수 있다. 조지프슨은 이 연구로 1973년 노벨 물리학상을 받았다. 파동-입자 이중성
파동-입자 이중성(波動粒子二重性, )은 양자역학에서 모든 물질이 입자와 파동의 성질을 동시에 지니는 성질이다. 고전역학에서는 파동과 입자가 매우 다른 성질을 지니지만, 양자역학에서는 두 개념을 하나의 개념으로 통합한다. 긴즈부르크-란다우 이론
만약 초전도체가 단일 연결 공간이 아닌 모양을 하고 있다고 하자. 그렇다면, 초전도체 속의 임의의 축약불가능한 폐곡선에 따라서, 자기 선속은 항상 formula_29의 정수배로 양자화된다. 이는 다음과 같이 해석할 수 있다.
라고 놓자. 힉스 메커니즘에 따라서, formula_31 성분은 질량 formula_32의 실수 스칼라장이 되고, 나머지 각 formula_33는 게이지장에 흡수된다. 온도가 formula_34보다 매우 낮다면 formula_31는 매우 무거워, formula_28로 놓을 수 있다 (이 극한은 스튀켈베르크 메커니즘에 해당한다). 그렇다면 formula_1운동 방정식에 따라서
이고,
이다. 그러나 formula_33는 formula_29주기의 변수(즉, 각도)이므로, 다음이 성립한다. 임의의 초전도체 속의 폐곡선 formula_42에 대하여,
이다. 여기서 formula_44는 원을 정의역과 공역으로 갖는 연속함수 formula_45의 감음수(winding number)이다. 따라서
이다. 실제 세계에서, formula_1는 두 전자의 쿠퍼 쌍이므로, formula_48이다. 즉 초전도체에서 자기 선속의 양자는
이다. 초전도 현상
1986년에는 구리-페롭스카이트(perovskite) 계 세라믹 물질에서 임계 온도가 90 K(켈빈)을 넘는 고온 초전도체가 발견되었는데, 이 때문에 초전도체 연구가 다시 활성화되는 계기가 되었다. 순수한 연구 주제로서, 이런 물질들은 초전도체를 설명하는 기존 이론으로는 설명되지 않고 있다. 게다가, 초전도 상태가 경제적인 면에서 중요한 기준이 되는 온도인 액체 질소의 비등점 (77 K)보다 높은 온도에서도 나타남에 따라, 좀 더 많은 상업적 응용 가능성이 열리게 되었다. 초광속
2011년 9월 유럽 입자 물리 연구소(CERN)에서는 빛보다 빠른 속력의 중성미자가 검출되었다고 발표하였다. 이 사건으로 인해 현대물리의 기초가 되는 상대성 이론이 의심되는 등 물리학계에 큰 파장이 일었다. 특수 상대성 이론은 '광속의 불변성'을 기본가정으로 하고, 질량이 있는 물체는 빛의 속도에 다다를 수 없다는 것을 유도하기 때문이다. 하지만 2012년 9월 22일 사이언스지는 이러한 실험결과가 나온 것은 'GPS 수신기의 광섬유 케이블의 연결 오류로 인한 실험 오차' 라고 설명했다. 근접효과 (초전도)
초전도 근접 효과(SPE)는 쿠퍼쌍이 정상의 물질로 확산하고 전자 여기가 초전도체로 확산하여 유발된다. 
접촉 효과로서 SPE는 펠티어 효과 또는 반도체내의 pn접합의 형성과 같은 열전 효과와 밀접하게 관련된다.
근접 효과 formula_2 향상은 정상 물질이 절연체보다는 큰 확산성을 지닌 금속일 때 최대이다.
초전도체의 formula_2의 근접효과 억압은 정상 물질이 강자성일 때 최대이다. 왜냐하면 내부 자기장의 존재가 초전도를 약화시키기 때문이다.(쿠퍼쌍 부서짐) 원자 궤도
원자 궤도는 공식적인 양자역학적 언어로 정확하게 정의 될 수 있다. 구체적으로는, 양자 역학에서, 원자의 상태, 즉 원자 해밀턴의 고유 상태는 일대일 대칭 함수의 반 대칭 된 생성물 (슬레이터 결정자)의 선형 조합으로의 확장 (구성 상호 작용 확장 및 기초 집합 참조)에 의해 근사화된다. 이러한 단일 전자 함수의 공간적인 요소를 원자 궤도라고 부른다. (그들의 스핀 성분을 고려할 때, 원자 회전 궤도에 대해서 이야기 이야기한다.) 임의의 상태는 실제로 모든 전자의 좌표의 함수이므로, 그것들의 움직임은 상관 관계가 있지만, 이것은 종종 단일 전자파 함수의 독립 입자 모델에 의해 근사된다. (예를 들어 런던의 분산력은 전자의 움직임의 상관 관계에 달려있다.) 역학 (물리학)
양자 역학은 원자이하의 물질들 사이에서 일어나는 상호 작용을 설명하는 역학 이론이다. 원자나 그보다 작은 여러 입자들의 움직임은 거시 세계를 대상으로 하는 고전 역학이 제시하는 물리 법칙이 적용되지 않는다. 20세기 이후 물리학자들은 이런 미시 세계에서 일어나는 상호 작용들을 설명하기 위한 이론을 개발하고 실험을 통해 입증하여 왔다. 양자는 더 이상 나눌 수 없는 물리량의 기본 단위를 뜻한다. 고전 역학에서는 두 물체의 상호작용에 관여하는 에너지를 연속적이며 무한히 작게 나눌 수 있는 것으로 보았지만, 실제 자연에서 물질의 상호 작용에 관여하는 에너지는 일정 크기의 양자를 기준으로 그의 정수배로만 작용하게 된다. 초전도 현상
초전도체의 비열이나 초전도성이 깨질 때의 임계 온도, 임계 자기장, 임계 전류 밀도와 같은 대부분의 성질은 물질마다 다르다. 초전도 현상
초전도체에서는 상황이 다르다. 일반적인 초전도체에서 전류의 흐름은 각각의 전자의 움직임으로 분리될 수 없다. 그 대신 전자는 쿠퍼 쌍으로 묶이며, 이는 포논의 교환에 의한 전자들 사이의 인력으로 생긴다. 양자역학에 의해, 쿠퍼 쌍의 흐름은 에너지 스펙트럼에서 띠틈을 만들어내는데, 이는 전자의 흐름을 흥분시키기 위해서는 최소한 ΔE만큼의 에너지가 필요함을 의미한다. 그러므로, 만약 ΔE가 kT로 주어지는 격자의 열 에너지보다 크다면 (k는 볼츠만 상수이고 T는 온도이다), 전자는 격자에 의해 산란되지 않게 된다. 그러므로 쿠퍼 쌍은 초유체를 이루며, 이는 에너지 손실없이 흐를 수 있다는 것을 의미한다. 압전기
압전기(壓電氣)(Piezoelectricity, )란 기계적 일그러짐을 가함으로써 유전 분극을 일으키는 현상을 말한다. 1차 압전 효과라고도 하며, 역으로 전기를 가하여 일그러짐을 일으키는 현상을 역압전 효과 또는 2차 압전 효과라고 한다. 후자는 전기 일그러짐이지만, 역압전 효과는 전계 E의 1차 함수가 되며, E²에 비례하는 순수한 전기 일그러짐과 구분할 때도 있다. 흑연 층간 물질
초전도체에서는 마이스너 효과(Meissner effect)가 나타나기 때문에, 임계 온도 아래에서는 반자성을 띠게 된다. 즉, 물체 내의 자기 모멘트가 음수가 되어 외부에서 걸어준 자기장을 상쇄시키고, 결국 물체 내의 자기장은 0이 된다. 임계 온도 이상에서는 보통 금속과 동일하므로, 자기 모멘트가 0이고, 임계 온도 이하로 온도가 내려가면 갑자기 자기 모멘트가 음수로 바뀌면서 반자성을 띠게 된다. 쌍생성
핵물리에서, 이 현상은 높은 에너지의 광자가 핵근처에서 상호작용하여 운동량 보존의 법칙에 위배되지 않도록 전자와 양전자쌍을 만드는 것이다. 처음에 광자의 운동량이 무언가에 의해 흡수되어야만 하기 때문에 쌍생성은 하나의 광자만 있는 빈 공간에서는 일어날 수 없다. 핵 또는 또 다른 광자가 쌍생성 전후의 에너지와 운동량이 모두 보존될 수 있도록 한다. 초광속 운동
천문학에서 초광속 운동(superluminal motion)이란 전파은하, 도마뱀자리 BL 천체, 퀘이사, 최근에는 마이크로퀘이사라고 부르는 일부 은하계에서 일어나는 초광속으로 일어나는 운동이다. 이 천체들은 모두 빠른 속도로 질량을 방출하는 블랙홀이 포함되어 있는 것으로 추측된다. 로런츠 변환
로런츠 변환()은 네덜란드의 수학자겸 물리학자 헨드릭 안톤 로런츠가 발견한, 전자기학과 고전역학 간의 모순을 해결해 낸 특수상대성이론의 기본을 이루는 변환식이다. 예를 들어, 이 변환식을 사용해서 기준 관성계에 일정한 속도로 운동하는 다른 관성계에서 관찰한 입자의 궤적이 어떻게 되는지를 계산할 수 있다. 로런츠 변환은 고전 역학의 갈릴레이 변환을 대체하는 식이다. 이 변환식은 진공에서의 빛의 속도 "c"를 계수로 포함한다. "c"를 무한대로 두면 식은 갈릴레이 변환과 동일하게 된다. 초중력
초중력은 국소적으로 초대칭적인 이론이다. 즉 초대칭이 모든 점에서 동일한 모양으로 있는 것이 아니라, 다른 위치에서 다른 양 만큼 있도록 해주면 초중력이 된다.
중력이 좌표계를 바꾸어도 모든 물리현상이 같아야 된다는데서 유도할 수 있는 것과 같이, 초대칭이론을 좌표계와 관계없이 물리현상이 같을 것을 이용하면 초중력을 유도할 수 있다. 초전도 현상
마이스너 효과는 때때로 이상적인 도체에서 나타나는 반자성의 일종과 혼동하기 쉬우나, 다른 효과이다. 렌츠의 법칙에 따르면, 전도체에 변화하는 자기장이 가해지면 전도체 전류가 유도되면서 가해진 자기장의 반대 방향으로 자기장이 생긴다. 이상적인 도체에서는 흐를 수 있는 전류의 값에 제한이 없으며, 이 전류로부터 유도된 자기장은 외부에서 가해진 자기장을 정확히 상쇄시킨다. 그러나 초전도체는 자기장이 변화하든 변화하지 않든 모든 종류의 자기장을 밀쳐낸다. 즉, 일정한 자기장이 가해지고 있더라도 자기장을 밀쳐낸다. 물질이 임계 온도 이하로 냉각되면, 물질의 내부 자기장이 갑작스레 밀쳐지는 현상이 나타나는데, 이것은 렌츠의 법칙과 무관하다. 초전도 전자석
초전도 자석은 초전도 선으로 감은 코일을 사용하여 만들어진 전자석이다.
초전도 자석은 구리선 등을 사용한 일반 전자석에 비해 여러가지 이점을 지닌다. 영구전류모드를 사용하면 더 안정적인 자기장을 얻을 수 있다. 초전도 선은 구리선에 비해 같은 단면적에 백배 정도의 전류를 흘릴 수 있기 때문에 초전도 자석은 일반 전자석에 비해 더 작아질 수 있다. 또한 저항손실이 없기 때문에 적은 전력을 소모한다. 큰 자기장을 얻기 위해서는 일반 전자석 안에 초전도 자석을 삽입한 형태의 복합 자석 형태로 만들기도 한다. 물질의 상태
물질의 상태는 또 상전이라는 용어에서도 정의될 수 있다. 상전이는 물질의 성질의 갑작스런 변화로부터 구조의 변화를 나타내는 것이다. 이 정의에서 물질의 상태와는 다른 집합과는 다른 열역학적 상태이다. 물은 몇 개의 다른 고체 상태를 갖는다고 할 수 있다. 또, 초전도의 출현은 상전이와 관련이 있고 "초전도 상태"라 불리는 상태가 있다. 이와 같이 액정 상태, 강자성 상태는 상전이에 의해 특별한 성질을 갖는다. 응집물질물리학
이 분야를 응집물질물리학이라고 부르게 된 원인 중 하나는 고체 연구를 위해 개발된 개념과 기술 중 많은 부분이 유체계에 적용되기 때문이다. 예를 들어 전기 도체내의 전도 전자들은 원자들로 이루어진 유체와 같은 특성을 지닌 양자유체를 이룬다. 사실 전자들이 응축하여 흩어짐 없이 흐를 수 있는 새로운 유체가 되는 초전도 현상은 저온에서 He가 초유체로 되는 현상과 매우 비슷하다. 초끈 이론
초끈이론( - 理論) 또는 슈퍼스트링 이론()은 자연계의 모든 입자와 기본 상호작용을 미소한 크기의 초대칭적 끈의 진동으로 설명하려는 시도이다. 초선택 규칙
양자역학에서, 초선택 규칙(超選擇規則, )은 특정한 꼴의 중첩 상태의 존재를 막는 규칙이다. 전기
1887년, 하인리히 헤르츠가 자외선을 쬔 전극이 전기 스파크를 더 잘 발생시킨다는 것을 발견했다. 1905년 알베르트 아인슈타인은 이것이 이산적인 양자의 형태로 전달되는 빛의 에너지가 전자에 에너지를 전달하는 광전효과로 인한 것임을 밝혔다. 이는 양자혁명의 단초가 되었다. 아인슈타인은 “광전효과 법칙의 발견”에 대한 공로로 1921년 노벨 물리학상을 수상했다. 광전효과는 태양광판을 비롯한 광검출기에 이용되는 원리로서 오늘날 상업적 전기 생산에도 많이 쓰이고 있다.전기의 흐름
전류는 물분자가 전하와 함께 이동하는 상태를 뜻한다.
전기는 물분자가 가지는 전하의 상태를 의미하고,
물분자의 수소원자의 전하가 양전하 상태를 갖고
물분자의 산소원자가 음전하의 상태를 가지며
물분자 크기 180pm이내에서 갖는 전하는 한국과학으로 직류전기로 표기되어 있다.그러므로 전류와 전기의 구분은 물분자가 전기도체인 구리선과 함께 움직이느냐와 물분자의 수소원자 전하와 산소원자의 전하가 개별적으로 움직이느냐에 따라 전기와 전류가 한국과학으로 명확하게 구분되어야 한다. 순간자
양자역학과 양자장론에서, 순간자(瞬間子, ) 또는 잠깐알은 윅 회전을 가한 이론의, 유한한 작용을 가진 고전해이다. 이는 윅 회전을 한 유클리드 시공간에서 국소화되어 있어, 유클리드 시공간에서 입자처럼 간주할 수 있다. (물론 이는 민코프스키 공간에서는 성립하지 않는다.) 순간자의 존재는 섭동 이론에는 나타나지 않는 터널 효과를 나타낸다. WKB 근사에 의한 터널 효과를 다룰 때나, 양-밀스 이론(양자 색역학)에 등장한다. 초대칭 게이지 이론과도 관련이 있다. 운동 에너지
어떤 물리적 상황에서 운동 에너지를 수학적으로 기술하는 방법이 몇 가지 있다. 일상생활에서는 보통 뉴턴 역학(고전 역학)에서의 ½mv² 공식이 가장 적합하다. 하지만 물체의 속력이 빛의 속력에 가까워지면 상대론적인 효과가 나타나며 상대성 이론이 필요하게 된다. 만약 물체가 원자나 아원자 수준의 크기라면 양자 역학적인 효과가 두드러지며 양자 역학이 필요하게 된다. 양자역학 개론
몇 세기를 거쳐 과학자들은 빛에 대한 두가지 가능한 이론(빛이 파동인가 아니면 대신에 작은 입자들의 흐름으로 이루어져있는가?)에 대해 논의하였다. 19세기까지의 논의에서는 굴절, 회절, 간섭, 편광과 같은 현상들을 설명할 수 있는 파동이론을 선호하였다. 일반적으로 고려되었다. 예를 들어, 제임스 클러크 맥스웰은 전기와 자기 그리고 빛을 전자기장에서 발생하는 같은 현상의 다른 표현임을 보였는데, 고전 전자기학 법칙의 완전한 집합인 맥스웰 방정식은 빛을 전기장과 자기장 진동의 조합된 파동으로 표현한다. 이러한 파동이론에 친화적인 증거들이 우세했기 때문에, 아인슈타인의 아이디어는 처음에 굉장한 회의론에 맞부딪히게 된다. 그러나 결국에는 광양자 모델로 설명하는 것이 선호되었다. 광양자 모델이 선호된 가장 중요한 부분 가운데 하나는 광양자 모델이 다음 문단에서 서술할 광전효과에서 나타나는 수수께끼같은 특성들을 설명할 수 있었기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 빛을 파동으로 비유하는 것은 회절, 굴절, 간섭과 같은 빛의 다른 성질들을 이해하는데 도움이 되었기 때문에 없어서는 안될 해석으로 남아있었다. 초전도 현상
전망이 있는 응용 예로는 고성능 변압기, 전력 저장 장치, 전력 전달기, 전기 모터, 자기 부상 장치, 과도 전류 제한기 등이 있다. 그러나 초전도는 변화하는 자기장에 민감하기 때문에 교류를 사용하는 응용 예들(즉, 변압기)을 만드는 것은 직류를 사용하는 것에 비해 좀 더 어려울 것으로 예상된다. 초전도 현상
마이스너 효과는 프리츠 론돈()과 하인츠 론돈() 형제가 이론적으로 설명하였다. 초전도체에서 전자기적 자유 에너지는 아래와 같은 경우에 최소화가 된다. 마이스너 효과
1911년 네덜란드의 과학자 카멜린 오네스 라이덴대학교 물리학과 교수는 절대온도 4.2K(영하 268.8도)에서 수은의 전기 저항이 0에 가까워지는 초전도현상을 처음으로 발견했다. 쌍불안정형 초신성
쌍불안정형 초신성(対不安定型超新星, pair-instability supernova)은 원자핵과 고에너지 감마선 사이의 충돌에서 자유전자와 양전자의 쌍생성이 매우 무거운 별의 핵 내부의 열적 압력을 감소시킬 때 발생하는 초신성 폭발이다. 이 압력 감소는 부분적인 붕괴로 이어지는데, 따라서 엄청나게 가열되어 열핵폭발이 후에 블랙홀조차 남기지 않고 별을 완전히 산산조각 내버린다. 쌍불안정성 초신성은 오직 질량이 태양보다 130~250배 무겁고, 작거나 중간 정도의 금속성(수소와 헬륨보다 무거운 원소가 적은 경우는 항성종족 III에서 흔하다)을 가지는 별에서만 발생할 수 있다. SN 2006gy, SN 2007bi, SN 2213-1745, SN 1000+0216과 같이 현재 관측된 천체들은 쌍불안정 초신성일 것으로 추정되고 있다. 초전도 현상
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런던 방정식은 아래와 같은 두 개의 방정식으로 이루어져 있다.
여기서 formula_3는 초전도 전류, formula_4와 formula_5는 초전도체 내부의 전기장과 자기장, formula_6는 전자와 양성자의 전하, formula_7은 전자의 질량, formula_8는 대전 입자의 밀도(number density)와 관계된 상수이다. (이 문서에서는 SI 단위계를 쓴다.) 전자기학 활용 사례의 이론적 고찰
한편, 식(5)의 패러데이의 법칙에 의하면 전기장의 경로에 대한 선적분은 자기선속의 시간 변화와 같다. 전기장이 0이므로 완전 도체의 자기선속도 시간에 대해 일정하다. 초전도체의 경우, 특정한 온도, formula_6 이하에서 내부자기장이 0으로 일정한 물질을 의미한다. 이를 마이스너 효과(Meissner effect)라고 한다.