초전도 역사
초전도체의 발견
1911년 네델란드 Leiden 대학의 한 연구실의 카멜링 온네스(Heike Kamerlingh Onnes) 교수는 3년 전 헬륨가스를 절대온도 4.2K에서 액화하는 데 성공하여, 저온에서 금속의 저항을 실험하는 중이었다. 온네스교수는 이 액체헬륨을 이용하여 고체수은을 냉각하면서 전기저항을 측정하던 중, 액체헬륨의 기화온도인 4.2K 근처에서 수은의 저항이 갑자기 0으로 떨어지는 것을 확인했다. 서서히 떨어지던 전기저항이 어느 특정한 임계온도를 넘어서 갑자기 사라져버린 것이다. 바로 이 순간이 초전도 역사의 출발점이다. 온네스교수는 액체헬륨을 액화하여 극저온 연구를 가능하게 한 공적으로 2년 뒤인 1913년에는 노벨 물리학상을 수상하게 되었고, 이렇게 저항이 사라지는 물질을 사람들은 초전도체(Superconductor)라 부르게 되었다.
초전도체의 마이스너효과 발견
초전도의 역사에 있어서 또 다른 역사적 발견은 1933년 독일사람 마이스너(Meissner)와 오센펠트(Oschenfeld)가 이루어냈다. 이 두 사람은 초전도체가 단순히 저항이 없어지는 것뿐 아니라 내부의 자기장을 밖으로 내보내는 현상(자기 반발 효과)이 있음을 발견하였다. 이러한 초전도체의 완전반자성으로 나타난 효과를 마이스너 효과(Meissner effect)라 부르며 마이스너 효과는 전기저항이 없어지는 특성과 함께 초전도의 가장 기본적 특성으로 손꼽힌다. 우리가 흔히 알고있는 초고속 자기부상열차의 원리는 초전도체의 마이스너효과를 이용한 것이다. 한편으로는 초전도현상을 이론적으로 설명해내려는 이론물리학의 노력도 뒤따랐다. 1957년 바딘(John Bardeen), 쿠퍼(Leon Cooper), 슈리퍼(Robert J. Schrieffer) 세 사람은 초전도이론(BCS 이론)을 완성하여 초전도 현상의 원리를 설명하였고, 이 공적으로 세 사람은 1972년에 노벨물리학상을 수상하였다.
고온초전도체의 역사
이렇게 획기적인 초전도체를 실제생활에 이용하려면 헬륨을 액화해야하는데, 여기에 너무 큰 비용이 든다. 왜냐하면 액체헬륨 제조시 필요한 기체헬륨은 가벼워서 대기 중에는 별로 남아있지 않고 그나마 미국 오클라호마지방 근처의 유전에만 존재하고 있기 때문이다. 저온 초전도체의 초전도 현상은 대체로 매우 낮은 온도에서만 일어나, 값비싼 액체헬륨의 사용이 필수적이고 이에 따르는 경제적 비용이 엄청나다. 즉 저온초전도체의 실용화에는 엄청난 제조비용이라는 커다란 장벽이 버티고 있었던 것이다. 이러한 가운데 1986년 초전도를 만들 수 있는 재료분야에서 역사적인 사건이 일어났다. 1986년 스위스의 IBM 연구소의 베드노르츠(A. Bednortz)와 뮐러(Karl A. Muller)는 절연체로만 생각됐던 세라믹 합성물 La-Ba-Cu-O가 35K에서 초전도성질을 가짐을 발견하였고, 이에 따라 고온초전도(High temperature Superconductor, HTS) 시대의 서막이 올랐다. 베드노르츠와 뮐러는 최초의 산화물 고온초전도체 발견이라는 업적으로 1987년에 노벨 물리학상을 수상하였다. 그리고 연이어 1987년 1월 알라바마 대학의 우(M. K. Wu)와 츄(C.W. Chu)가 액체질소온도보다 높은 92K의 임계온도를 가진 Y1Ba2Cu3O7 초전도체 합성이 발표하였고, 그 이후, 마에다(H. Maeda)에 의해 발견된 비스무스 화합물 Bi2Sr2Ca1Cu2O8이 110K, 쉥(Z. Z. Sheng)과 허만(A. M. Hermann) 에 의해 합성된 탈륨화합물 Tl2Ba2Ca2Cu3O10이 125K의 임계온도를 나타내었는데, 이 때가 1988년이었다. 1993년에는 스위스의 쉴링(A. Schilling) 등이 임계온도가 133K인 수은화합물 HgBa2Ca2Cu3O8 을 합성하는데 성공하였다. 불과 몇 년 만에 엄청난 발견들이 쏟아져 나왔고, 새로운 초전도체에 대한 과학적 흥미와 초전도체를 이용한 여러 가지 실용화 기술 개발에 대한 높은 관심으로 인하여, 1986년 이후부터 고온 초전도체(HTS : High Temperature Superconductor)의 발견과 그 응용에 관한 연구가 본격적으로 시작되었다.