자연에서 발견된 초전도체가 과학계를 뒤흔들다

무한한 에너지를 향한 탐색은 이 마법의 광물과 함께 전기적인 전환을 이룹니다.

과학자들은 자연에서 발견할 수 있는 최초의 파격적인 초전도체를 확인했습니다.
기존의 초전도체는 BCS라는 잘 알려진 특정한 패러다임을 따릅니다.
미아사이트는 자연적으로 발생하지만 이 테스트는 순수한 실험실에서 만든 샘플에서 수행되었습니다.

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새로운 연구에서, 과학자들은 자연에서 발견되는 하나의 광물이 어떻게 단지 전형적인 초전도체 이상인지 설명합니다. 미아사이트는 로듐과 황으로 만들어진 회색의 금속 광물이고, Science Alert에 의해 설명되는 바와 같이, 2010년에 일반 초전도체로 확인되었습니다. 하지만 이제, 미아사이트는 또한 "비통상적인" 초전도체라는 것을 보여주는 다양한 이상해 보이는 테스트를 통과했고, 지금까지 실험실에서 착안한 물질들만 포함했던 작은 그룹에 합류했습니다. 그 연구는 이제 Communications Materials 저널에 실리고, 그것의 모든 의미를 이해하기 위해서, 우리는 먼저 기존의 초전도체를 이해할 필요가 있습니다.

전기를 전달하는 일반적인 물질 안에서 움직이는 전자는 공간이 있는 곳을 통과합니다. 그러나 이러한 경로는 크지 않거나 완벽하지 않기 때문에 전자는 저항을 경험합니다. 전도체는 종종 얼마나 많은 저항을 발생시키는지에 따라 구성됩니다. 전자가 "걸렸을 때" 더 많은 에너지를 구조에 축적하기 때문에 발열 패드와 같은 일부 제품은 의도적으로 저항을 사용합니다.

그러나 초전도는 고체 물질 내부의 전기저항이 0으로 떨어지는 상태입니다. 1911년 네덜란드의 과학자 하이케 카멜링 오네스와 그의 학생들이 처음 발견했고, 그 이후로 과학자들은 다른 종류, 즉 다른 종류의 가능성에 대해 이론을 세웠습니다.

전형적인 초전도 물질은 극도로 낮은 온도와 보통 높은 압력 하에서만 초전도를 달성합니다. 그것은 초전도체를 설명하는 주요 이론인 바딘-쿠퍼-슈리퍼 이론(BCS)이 보스-아인슈타인 응축물(BEC)이라고 불리는 물질의 상태에서 저온에서 유지되는 특수 전자 쌍에 의존하기 때문입니다. 무엇이든 절대영도에 가까운 냉각은 장비와 에너지에서 비싸기 때문에 고온의 BEC는 고온의 초전도체만큼 수요가 높습니다.

파격적인 초전도체는 우리가 BCS 이론에 대해 알고 있는 것과 일치하지 않는 모든 초전도 물질입니다. 하지만 파격적인 초전도체의 물질을 실험실에서 만든 다음 절대 영하에 가까운 온도에 넣는 것이 포함되었습니다. 이것은 오랫동안 불가능했습니다.

1978년, 독일의 물리학자 프랑크 슈테글리치는 그의 실험실에서 세륨, 구리, 실리콘으로 만들어진 최초의 파격적인 초전도체를 발견했습니다. 이 "무거운 페르미온" 초전도체는 BCS 이론에 부합하지 않기 때문에, 그것의 초전도성은 다른 것에서 비롯됩니다. 다른 파격적인 초전도체 유형에는 구리를 포함하는 특정 물질인 큐프레이트와 질소, 비스무트 또는 다른 15족 원소를 가진 철이 포함됩니다.

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그러나 새로운 논문이 설명하듯이, 이 모든 물질들은 "합성 고체 화학의 산물이며 자연에서는 발견되지 않습니다. 우리의 연구는 Rh17S15를 파격적인 초전도체의 독특한 구성원으로 확립했으며, 이는 천연 광물로서 발생하는 유일한 예입니다." 로듐은 그 자체로 그리고 많은 실험실에서 만들어진 화합물에서 "깨지기 쉬운 초전도체"입니다. 황 역시 초전도성 황화수소에서 발견되는데, 이는 자연이 천왕성의 깊은 내부에 있지 않는 한 자연에서 고체 광물의 형태로 결코 발견될 수 없는 기체입니다.

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Science Alert의 David Nield는 연구소에서 만든 미아사이트가 모든 초전도체 테스트를 통과했다고 설명합니다. "약한 자기장에 대한 물질의 반응을 측정하는 런던 침투 깊이 테스트를 포함하여 세 가지 다른 테스트가 이러한 파격적인 초전도를 확립하기 위해 사용되었습니다. 또 다른 테스트는 물질에 결함을 만드는 것과 관련이 있으며, 이는 물질이 초전도체가 되는 온도에 영향을 미칠 수 있습니다." 그들은 또한 이 특별한 품질이 초전도를 가능하게 하는 것이기 때문에 물질의 에너지 갭의 본질과 양을 연구했습니다. 물질이 충분히 냉각되면, 물질의 에너지 범위는 전자가 저항 없이 자유롭게 교환될 수 있는 것으로 바뀝니다.

미아사이트는 비전통적인 초전도성을 보이는 최초의 자연 발생 광물이지만, 연구원들은 흥미로운 자연 초전도 범주에 합류한다고 설명합니다: 코벨라이트, 특정 운석, 파카라이트, 팔라사이트, 그리고 미아사이트 자체는 모두 자연적으로 발생하는 유사체를 가지고 있는 실험실에서 만들어진 전통적인 초전도체입니다. 이 논문은 미아사이트의 비전통적인 특성 외에도 과성취자에 대해 이야기합니다.

비록 회반죽이 자연에서 발견되지만, 어떤 천연 샘플도 초전도성이 있을 가능성은 거의 없습니다. 이 부서지기 쉬운 광물은 일반적으로 다른 광물의 쿠키 반죽에 있는 초콜릿 칩과 같은 포함물로 발견됩니다. 일부 퇴적물은 태양계가 탄생한 직후인 44억 5천만 년 전으로 거슬러 올라갈 수 있으며, 그 이후로 지구의 혼합물에서 윙윙거리고 있습니다. 네, 과학자들은 무질서한 상태에서 실험실 샘플을 테스트했지만, 그 과정은 수십억 년 동안의 실제 경험에 비해 매우 질서정연합니다.

하지만 이제, 미아사이트의 샘플을 가지고 있는 모든 사람들은 잠재적인 비전통적인 초전도체를 손에 들고 있습니다. 실험실로!