전세계가 열광하는 초전도체, 핫한 이유! 뜻과 용도를 알아보자!

 
 
안녕하세요, 정보주라입니다!
요즘 굉장히 핫한 초전도체!라고 들어보셨나요?
과학을 전공하지 않으면 사실 많이 못 들어볼 단어인 것 같아요.
관련 주가가 올라가는 등 굉장히 핫한 초전도체에 관해서 알아보도록 하겠습니다!
 
 

초전도체란?
 
초전도체란 매우 낮은 온도에서 전기 저항이 거의 없는 물질을 말합니다. 쉽게 말해, 전기의 손실 없이 매우 원활하게 흐를 수 있는 물질이라는 것입니다.
 
일반적인 전도체와 달리, 초전도체는 전류를 전달하는 과정에서 에너지를 소비하지 않으며 열을 발생시키지 않습니다. 이런 특징 때문에 초전도체는 고성능 전자기기나 자기 고체 물리 실험에서 사용되는 중요한 물질이며, 전력전달, 자석, 초고속 전자장치, 고효율 센서 등 여러 분야에서 각광받고 있습니다.
 
그러나 초전도체는 매우 낮은 온도에서만 작동하기 때문에, 온도를 낮추는 과정에서 에너지를 소모하게 됩니다. 현재 연구자들은 상온에서 작동하는 초전도체를 발견하고 개발하기 위해 많은 연구를 진행하고 있습니다. 상온 초전도체가 상용화되면 전력, 통신, 의료 등 다양한 분야에서 혁신적인 기술 발전이 기대됩니다.
 
* 전도체 (electrical conductor) : 전기가 잘 통하는 물질
 
 

 
초전도체가 핫한 이유!
 
초전도체는 상술했다시피 전기, 에너지의 손실없이 전달이 가능하기 때문에 다양한 분야에서 각광을 받고 있는 물질이지만 매우 낮은 온도에서만 작동하기 때문에 온도를 낮추는 과정에서 에너지가 소모됩니다. 그래서 상온에서 작동하는 초전도체를 개발하기 위해 전세계에서 연구를 진행하고 있는데, 국내 연구진에 의해 개발 가능성이 있다는 사실이 알려지면서 엄청난 관심이 쏟아졌다고 합니다. 초전도체 자체가 다양한 분야에서 활용이 가능한 꿈의 물질로 불리고 있는데 이것을 영하의 온도에서가 아닌 상온, 상압에서 활용이 가능해지면 그야말로 학계를 뒤집을 만한 결과를 만들어낸 것이기 때문에 많은 관심이 쏟아지고 핫해졌다고 합니다.
 
 
 

 
초전도체의 기원
 
1911년 네덜란드 레이던대학의 물리학교수 카멜린 온네스가 처음으로 초전도체를 발견했습니다. 수은의 전기저항을 측정하는 실험을 하다가 절대온도 4.2K(영하 268.8℃)에서 전기저항이 갑자기 없어지는 현상을 발견했는데, 이를 초전도현상(superconductivity)이라 이름 붙였다고 합니다. 초전도현상이 나타나기 시작하는 온도를 임계온도라 하는데, 임계온도가 너무 낮으면 초전도체를 실용화하기 어려우므로 임계온도를 높이는 것이 중요한 문제로 다루어졌죠. 카멜린 온네스 교수 이후 아칸소대학 헤르만 교수가 125K에서 초전도현상이 나타나는 초전도체를 발견하였으며, 1993년 초 스위스에서 임계온도 133K, 1993년 말 프랑스에서 임계온도 250K의 초전도체 박막을 제작하였습니다.
 
 
 
 

 
초전도체의 용도
 
1. 자기 부상 기술 : 초전도체를 사용한 자석 부상 기술은 입자 가속기, 마그레브 기차 (자기부상 열차), 청정 에너지 발전 시스템에 응용됩니다.
 
2. 의료 : 초전도 자석은 진단 시스템, 특히 자기 공명 영상(MRI)과 핵자기 공명 분광법(NMR)의 기초 기술로 사용됩니다.
 
3. 에너지 : 초전도체 케이블은 전력 전송의 효율성을 높여 전력 손실을 줄이는 데 사용됩니다.
 
4. 입자 가속기 : 초전도체 자석은 고전력 입자 가속기에서 사용되며, 입자 충돌 장치의 중요한 부품이기도 합니다.
 
5. 초전도 센서 : 초저온 및 극미세 센서로서 광학, 전자, 물리 실험에 사용될 수 있습니다.
 
6. 양자 컴퓨터 : 초전도 양자 비트를 사용하여 양자 컴퓨터와 관련된 분야에서 발전이 기대되고 있습니다.
 
이 외에도 전력 분배 및 에너지 저장 시스템, 전력 시스템 안전장치, 무선통신용 필터 등 다양한 용도에 초전도체가 활용되고 있습니다. 이는 초전도체의 높은 전기 전도성, 자기 내성 및 저온 증폭 특성 등 때문입니다.
 
 
 
 
 

 
초전도체를 사용한 최신 기술
 
1. 양자 컴퓨팅 : 초전도 양자 비트(superconducting qubits)를 사용하여 양자 컴퓨터 기술 발전이 이루어지고 있습니다. 양자 컴퓨터는 많은 양의 정보를 병렬로 처리하고 복잡한 문제를 빠르게 풀 수 있는 능력이 있습니다. 이 기술은 암호 해독, 최적화 문제, 인공지능 등의 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대됩니다.
 
2. 전력 그리드 : 초전도 전력 케이블은 전력 그리드의 효율성을 향상시키고 전력 손실을 줄일 수 있는 기술입니다. 전력 케이블 및 변압기와 같은 초전도 기반 장치를 사용하여 전력 전송 및 분배를 효율적으로 관리할 수 있습니다.
 
3. 에너지 저장 : 초전도를 사용한 에너지 저장 기술은 에너지를 저항없이 저장할 수 있으므로 전력 부족이나 전력 수요 상승 시 안정적인 전력 공급을 유지할 수 있습니다. 관련 기술에는 초전도 자기 에너지 저장(SMES) 장치가 있습니다.
 
4. 초전도 회로 소자 : 초전도체를 사용한 디지털 및 무선 통신용 필터, 고효율 센서 및 포토신스 모듈이 개발되고 있습니다. 이들 기술은 통신 인프라의 성능과 신뢰성을 높이는 데 기여할 것으로 예상됩니다.
 
5. 초전도 부상 기술 : 마그레브 기차는 초전도 자석을 사용한 자기부상 기술을 통해 교통수단의 에너지 소비 및 공간활용을 최적화 할 수 있습니다.
 
6. 바이오센서 : 초전도 기반의 민감한 바이오센서는 저온 환경에서 생명체를 감지하고 모니터링하는 애플리케이션에 사용됩니다.
 
혁신 기술의 발전에도 불구하고, 초전도체의 상온 작동을 위한 관심분야는 여전히 활발히 연구되고 있습니다. 상온 초전도체가 상용화되면, 에너지, 교통, 통신 등 여러 분야에서 더욱 혁신적인 기술이 나타날 것입니다.