물성과학 입문시리즈- 초전도입문 (Introduction to Superconductivity)

제목: 超伝導入門　(초전도 입문)
저자: 도쿄대학 교수 이학박사 青木秀夫 (아오키 히데오)
분량: 204페이지
편찬:  쇼카보
미리보기: http://www.shokabo.co.jp/sample/2915s.pdf

 (책소개 인용)

 초전도는 오래되었지만 새로운 테마이며, 매우 매력적인 세계이다. 이책은 초전도의 본질이라고 여겨지는 사항을 다룬 책으로 이 분야를 처음배우는 사람에게는 입문서로서, 이미 내용을 알고있는 사람들에게는 자신의 지식을 정리하는데 도움이 될만한 책이다.
 또한 이책에서는 제로저항, 게이지대칭성의 파괴, BCS gap간의 관계 등, 보통은 그다지 자세히 해설되어있지않던 기초적이면서 중요한 내용들과, 고온초전도를 시작으로 이후의 전망들에대해 다루었다.


목차

서문
1. 초전도란 무엇인가?
1.1 초전도연구의 역사
1.2 초전도의 기본적성질
 1.2.1 Meissner 효과 
 1.2.2 London 방정식
 1.2.3 초전도 gap
 1.2.4 파동함수의 거시적위상과 비대각 장거리질서 (Off-Diagonal Long-Range Order)
 연습문제


2. 통계역학의 복습과 초전도의 현상론

2.1 Fermi기체의 복습

2.2 Bose-Einstein 응축의 복습

2.3 Ginzburg-Landau이론 -상전이로서의 초전도-

 2.3.1 2차상전이

 2.3.2 초전도상태의 질서 파라메터

 2.3.3 Ginzburg-Landau의 자유에너지 전개

 2.3.4 제1종 초전도체와 제2종 초전도체

 연습문제

3. BCS (Bardean・Cooper・Schrieter)이론 

3.1 phonon 매개인력

3.2 BCS 이론

 3.2.1 Cooper 불안정성

 3.2.2 BCS 파동함수와 BCS gap함수

 3.2.3 BCS 상태의 열역학

3.3 BCS 이론을 둘러싼 몇가지 화제

 3.3.1 강(強)결합 초전도체

 3.3.2 게이지 대칭성의 파괴와 제로 저항 사이의 관계

 3.3.3 BCS 상태와 Bose-Einstein 응축 사이의 크로스오버

 연습문제

4. 고온초전도

4.1 초전도의 비(非)phonon구조

4.2 고온초전도의 발견

4.3 전자구조

 4.3.1 d 궤도

 4.3.2 전자구조를 찾는 실험적수단

 4.3.3 이방(異方)적 pairing

 4.3.4 초전도상(相)의 물성

 연습문제

5. 전자상관(相関)과 초전도 

5.1 전자상관이란 -자성과 mott 전이-

5.2 Hubbard 모형 -가장 간단한 상호작용모형-

5.3 스핀변동 (Spin Fluctuations)에의한 초전도

 연습문제

6. 여러가지 물질에서의 초전도

6.1 사다리화합물 (Ladder compound)

6.2 유기초전도체

6.3 전자기체의 초전도

6.4 무거운 전자계(系)

6.5 최근의 발견

6.6 한층 더 Exotic한 초전도

7. 초유동 (superfluidity)과 양자홀 효과 (quantum hall effect) 

7.1 초유동

7.2 양자홀 효과 

8. 과제와 전망

8.1 왜 구리산화물인가 

8.2 phonon구조 vs 전자기구(機構)

8.3 임계온도를 올리기 위해서는 -실온초전도는 가능한것인가?- 

마치면서

참고문헌

연습문제해답

색인

철(鉄)계통 초전도체에서의 새로운 고온초전도메커니즘 발견

이하 JST press자료를 인용하였습니다. (원문은 여기)

초전도 메커니즘의 개념도

도쿄대학 대학원공학계연구과 시모지마 특임조교와 동대학 물성연구소의 신시키교수는 철계통 초전도체에서 지금까지 알려진 초전도체와는 다른 새로운 초전도 메커니즘을 발견하였다. 초전도란 금속 등을 어느 온도 (초전도 전이온도)이하로 냉각할경우, 전기저항이 제로가 되는 현상을 말한다. 통상 무질서하게 운동하는 전자는 초전도현상에서는 두개씩 쌍을 이루어 운동을 하게된는데, 이 초전도전자쌍을 풀처럼 연결시키는 일을하는  「のり(풀)」의 종류를 특정짓는 것은, 초전도 메커니즘을 규명하는데 있어 매우 중요한 것이다.  그러나, 이제까지 발견된 이 「のり」의 종류는, 결정격자의 진동이나 전자스핀에 한정되어 있었다.

초전도상태의 전자쌍 

 이번에 발견된 철계통 초전도체 (BaFe₂(As_0.65P_0.35)₂ , Ba_0.6K_0.4Fe₂As₂ )는  고온에서 초전도를 보이는 물질로서 기초과학과 응용면에서도 매우 주목받고 있는 물질임에도 이 물질의 초전도현상에 관여하는 「のり」의 종류는 규명되지 않았었다. 

본 연구팀은 세계최고수준의 초고분해능 레이져 광전자분광장치를 개발 및 이를 이용하여 철계통전도체에서의 전자쌍 결함에너지의 강도를 조사, 새로운 「のり」의 종류를 결정하는데 성공하였다. 

이 연구결과로 부터 지금까지와는 다른 제 3의 새로운 메커니즘 (전자궤도 성질에서 유래하는 )에 의해 초전도현상이 발생할 가능성이 제시되었다. 또한 이연구를 통해 전자궤도에 주목한 연구가 활발해져 보다 높은 온도에서 초전도현상을 보이는 물질도 개발될 것으로 기대된다. 

이 연구의 성과는 2011년 4월7일 science지에 게재되었다. (논문은 여기)