1986년에는 구리-페롭스카이트(perovskite) 계 세라믹 물질에서 임계 온도가 90 K(켈빈)을 넘는 고온 초전도체가 발견 하나요?
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.
물질
페르미온 응축은 여러 면에서 보스-아인슈타인 응축과 비슷한 물질의 상이다. 그러나, 보스-아인슈타인 응축의 대상인 보손 대신 페르미온이 극 저온에 이르렀을 때 나타나는 현상이다. 초전도와 관련한 전자의 상태를 예측하면서 페르미온 응축이 예견되었으며 , 2003년 데보라 S 진이 실험실에서 만들어내었다. 이 실험에서 페르미온 응축을 만들기 위해 도달한 온도는 50-350 nK 이다.
중성자별은 자체 밀도로 인해 매우 강한 내부 압력을 갖는다. 이 때문에 중성자별의 핵은 기존의 물질의 상과는 다른 상을 띌 것으로 추정된다. 찬드라세카르 한계에 근접한 백색왜성은 태양의 약 1.4배에 달하는 질량을 갖는다. 이보다 더 큰 질량을 갖게 되면 백색왜성은 붕괴되어 중성자별이나 블랙홀, 또는 쿼크별이 된다. 이러한 압력을 받으면 붕괴된 입자가 파울리 배타 원리에 의해 축퇴물질을 형성할 수 있다. 태양의 1.5배에서 3배의 질량을 갖는 중성자별의 경우 양성자와 전자가 충돌하여 중성자가 되는 현상이 발생한다. 중성자 역시 페르미온이므로 이러한 축퇴의 결과 역시 파울리 배타 원리가 유지되는데 이러한 상태에 이른 물질의 상을 중성자 축퇴 물질이라 한다.
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.
아토텍
또한 1936년에는 전기도금 부문에서는 세계최초 표면광택제인– Brilliant- 뿐만아니라 최초의“빠른”전해액인– Copper Trisalty Extra Rapid-을 개발하였다. 이러한 혁신적인 성공은 전기도금 부문의 첫 번째 공장설립을 위한부서 개설을 이끌어내었다.
초신성 1987A
1987년 3월 말에서 4월에 걸쳐 영국과 미국의 천문학자들이 스펙클 간섭계를 통해 초신성 1987A 주변을 관측한 결과, 초신성 폭발이 일어난 위치에서 약 2광주(빛의 속도로 2주 걸리는) 거리에서 초신성 10분의 1 정도 밝기를 지닌 천체를 발견했다. 이 천체는 겉보기 등급 7등급 정도였으며 폭발이 일어나기 전에는 존재하지 않았다. 1987년 5월 초 이 결과가 발표되었으며 이 천체에 "'수수께끼의 반점"(Mystery Spot)'이라는 명칭을 붙였다.
감손 우라늄
열화 우라늄탄은 80년대 중반 미국에서 개발된 포탄으로, 열화 우라늄을 재가공해서 만든다.
플라이슈만-폰즈 실험
연구 결과를 공개하기 이전 플라이슈만과 폰즈는 그들의 융합 성공이 세상에 알려지고 나면 팔라듐 값이 가파르게 치솟을 것을 예상하고 그것과 관계가 있는 주식들을 사들였다. 두 사람이 기대했던 대로 1989년 3월 말 연구 결과가 언론에 공개되자마자 팔라듐의 가격은 투기 세력의 급격한 유입과 함께 종전의 온스당 140달러 미만에서 순식간에 온스당 170달러를 넘어서며 25퍼센트가 넘게 폭등했다. 원자재 시장에서 이와 같은 급격한 가격 상승은 일반적인 수요와 공급에 의해서는 설명될 수 없는 수준의 것이었다. 실제로 플라이슈만과 폰즈는 이것으로 엄청난 경제적 이익을 거둘 수 있게 되었다. 이 시기 팔라듐 시장으로의 자금 유입은 미국 서부 개척 시대의 "골드 러시"에 빗대어 "상온 핵융합 러시"로 불릴 정도였다. 그러나 플라이슈만과 폰즈의 연구 결과가 거짓으로 밝혀진 뒤 팔라듐의 가격도 폭락했고, 2000년대 이전까지 "상온 핵융합 러시" 이전의 가격대인 온스당 100달러 안팎에서 유지되었다.
그래핀
그래핀의 열 전도도는 5000k로 높은 열 전도도를 가진 다이아몬드의 2배 이상, 구리의 12배 이상 높다. 또한 그래핀의 열 전도성은 연구가 활발한 분야인데 그 이유는 온도 조절 기능의 가능성 때문이다. 초기 관측의 결과는 상온에서 그래핀이 열분해 탄소보다 훨씬 높은 열 전도성을 보이는 것으로 나타났다. 그러나 후기의 연구에서, 한 층의 그래핀으로 실험했을 때, 열분해 탄소와 비슷한 열 전도성을 나타냈고, 이전의 결과는 실험 오류라는 의문을 제시했다. 측정 범위가 큰 것은 그래핀의 질이나 생산 조건뿐 아니라 측정의 불확정성이 큰 것에 의해 일어난다. 게다가, 상온에서 단일층의 그래핀이 비정질 물질에 더해질 때, 기질에 의한 그래핀 격자 파동의 흩어짐으로 인해 열 전도성이 매우 떨어지는 것으로 알려졌고, 비정질 산화물에 둘러싸인 그래핀은 열 전도성이 더 떨어질 수 있다. 이처럼, 중합 잔여물은 열 전도성을 낮출 수 있다.
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.
스텔라레이터
기체를 수억 도까지 가열해 기체의 에너지를 증가시키면 대부분의 입자는 핵융합을 발생시키기 위한 최저의 에너지에 도달할 수 있다. 평균 온도가 그보다 매우 낮을지라도, 맥스웰-볼츠만 분포에 따라, 일부의 입자들은 핵융합 발생의 하한선을 넘는 에너지를 가진다. 핵융합 반응은 발생하는 에너지가 투입하는 에너지보다 월등히 크기 때문에, 작은 양의 반응만으로도 그를 둘러싼 입자들에서 핵융합이 발생하기 위한 온도까지 가열시킬 수 있다. 1994년, 엔리코 페르미는 중수소-삼중수소 반응이 섭씨 50,000,000도에서 외부의 에너지 투입 없이 자립 가능하다는 것을 계산했다.
김은성 (교수)
그는 2004년 그의 지도교수인 모제스 챈과 함께 고체 헬륨이 극저온(2.176K) 정도로 낮췄을 때 헬륨의 일부가 초유체가 돼 고체의 구속에서 벗어난다는 초고체 최초로 현상을 발견하였다.
그러나 2010년 모제스 챈의 스승인 코넬대 물리학과 존 레피 교수는 헬륨이 담긴 비틀림 진동자의 진동주기가 극저온에서 짧아지는 원인은 초고체라는 새로운 물잘 상태가 아닌 고체 헬륨의 탄성 변화가 원인일 것이라고 반박하였다. 이에 같은 해 말 김은성 교수 팀은 다시 고체 헬륨의 탄성과 진동주기는 별 관련이 없다는 재반박 논문을 발표하였다. 그러나 2012년에 김은성 교수의 지도교수 챈은 종래의 연구 결과를 부정하여 초고체는 존재하지 않으며 8년 전의 실험과 해석에 오류가 있었다고 발표했다.
초신성잔해
실제로 엔리코 페르미는 1949년에 성간매질 속의 자성을 띠는 구름과 입자의 충돌을 통한 우주선의 가속에 관한 모형을 발표하였다. "이차 페르미 기작"("Second Order Fermi Mechanism")으로 알려져 있는 이 과정은 정면 충돌을 통해 입자가 막대한 에너지를 얻는 과정이다. 후에 성립된 모형에 따르면 페르미 가속이 공간 속을 나아가는 강력한 충격파를 통해 발생한다고 한다. 간헐적으로 충격파의 선두와 교차하는 입자들은 상당한 운동에너지를 얻게 된다. 이 과정은 "일차 페르미 기작"("First Order Fermi Machanism")으로 알려져 있다.
에테르 (물리)
‘장’ 개념은 마이클 패러데이에 의해 등장하였는데 이에 영향을 받은 톰슨이 1841년 정전기 문제에서의 역선이 무한 고체에서의 열 흐름선과 수학적으로 동등하다는 것을 보인 논문을 발표하였고, 1889년에는 열의 전도현상과 정전기 문제를 연관시켜 전자기 현상을 전달하는 매질로서 에테르의 기계적 모델을 제안했다. 이 모델은 맥클라흐의 모델과 거의 비슷했는데 여기에 추가적으로 4면체 피라미드 구조를 이룬다는 설명을 덧붙였다.
페로세륨
페로세륨과 철은 오래전부터 사용되었던 부싯돌과 유사한데, 철로 페로세륨을 빠르게 긁어내면 페로세륨이 산화될 수 있는 온도인 150도에서 180도까지 올라가서 긁어낸 페로세륨에서 불꽃을 일으킨다.
홈즈 법칙
초전도의 홈즈 법칙은 초전도체의 천이온도가 온도 0(즉, 초유체 밀도)에서 초전도 상태의 세기 곱하기 천이 온도 이상에서의 전기저항)에 비례한다는 주장이다. 법칙은 물리학자 크리스토퍼 홈즈의 성을 따서 지어졌다. 그리고 2004년 7월 29일 처음 네이처지에 발표되었다.
켈빈
이 둘은 섭씨를 켈빈을 통해 정의하고 환산할 수 있도록 한다. 절대 영도는 열에너지가 있을 수 없는 어떤 계(system)의 안정된 상태인데 이런 물체는 우주에 존재하지 않는다. 이 상태를 0 K 이라고 하고 -273.15 °C로 정의한다. 물의 삼중점은 273.16 K 이며 0.01 °C로 정의한다. 이는 다음을 의미한다.1967~68년의 제13차 국제 도량형 총회 이전에는 다른 온도 표기와 같이 도(°)를 사용하였으나, 이후 현재까지 도(°)의 기호 없이 로마자 대문자 K의 기호만 사용하고 있다.
초유체
중성자별의 내부는 초유체의 중성자로 구성되어 있다. 중성자는 페르미온이지만, 마찬가지로 이들은 서로 짝을 지어 초유체성을 갖게 된다. 중성자별의 초유체성은 찬드라 엑스선 관측선이 2010년 11월 관측을 통해 간접적으로 확인하였다.
초유체
2000년에는 초저온 보손 (루비듐 87) 기체가 실험을 통해 초유체 성질을 보인다는 것이 밝혀졌다. 2005년에는 볼프강 케테를레의 실험을 통해 초저온 페르미온 (리튬-6) 기체가 초유체의 성질을 보인다는 것이 밝혀졌다.
초전도 현상
1950년에, 레프 란다우와 비탈리 긴즈부르크가 초전도체의 현상론적인 모형인 긴즈부르크-란다우 이론을 발표하였다. 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. 이 동위원소 효과 발견은 당시에 전자-포논간 상호작용이 초전도 현상의 미시적 메카니즘임을 오도하게 하였다.
전자종이
전자종이는 1970년대에 제록스의 팰러앨토 연구소가 처음으로 개발했다. 기리콘으로 불렀던, 최초의 전자종이는 20 마이크로미터에서 100 마이크로미터내외의 폴리에틸렌 구체로 구성되었다. 각각의 구체는 음전하 검정색 플라스틱면과 양전하 하얀색 플라스틱면으로 구성된다. (그래서 각 비드는 쌍극자이다.) 구체는 투명한 실리콘 시트를 포함하고 있으며 기름의 거품으로 구체가 부유해서 자유롭게 순환할 수 있다. 각 전극에 양의 전압을 인가하면 흰면이나 검정면을 떠오르게 해서, 화소가 흰색이나 검정색을 나타냈 수 있게 된다.
흑연 층간 물질
온도 변화에 따른 전기 저항과 자기 모멘트를 측정하면, 초전도 현상을 확인할 수 있다. 칼슘(Ca)-흑연 층간 물질은 온도가 감소하면 전기 저항이 점점 감소하다가, 11K에서 갑자기 0.8(formula_1cm) 에서 0(formula_1cm) 으로 급격하게 떨어진다. 이것은 모든 초전도체에서 공통으로 나타나는 현상으로, 금속과 구분할 수 있는 기준이 된다. 보통 금속은 온도가 감소하면 전기 저항이 연속적으로 감소하고, 온도가 절대 영도가 되어도 약간의 전기 저항은 가지고 있다. 초전도체는 임계 온도 이상에서는 보통 금속과 같은 특징을 보이며, 임계 온도 이하에서만 전기 저항이 0로 떨어지는 초전도 현상을 보이는데, 칼슘(Ca)-흑연 층간 물질의 경우에는 11K을 초전도체 임계 온도라고 생각할 수 있고, 이 온도 이하에서는 초전도 현상을 보인다고 할 수 있다.
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.
근접효과 (초전도)
근접효과(proximity effect)는 초전도 현상에서 초전도체가 정상의 비초전도체와 접촉될 때 발생하는 효과를 기술한다. 전형적으로 초전도체의 임계온도 formula_1는 억압되고 약한 초전도의 신호가 정상의 물질에 관측된다.
베크고르 염
베크고르 염(Bechgaard 염)은 초전도를 보이는 유기 전하 이동 착물 을 말한다. 이런 물질을 최초로 합성하여 초전도성을 보여낸 클라우스 베크고르(Klaus Bechgaard)의 성씨를 따왔다. 대부분의 베크고르염 초전도체는 극히 저온에서만 초전도성을 보이며 1-2K영역에서 초전도성을 잃는다. 초전도성을 잃는 온도가 가장 높은 베크고르염은 거의 12 K 에서 초전도성을 잃는다.
에클로자이트
에클로자이트상은 변성된 현무암질암이 에클로자이트 광물조합을 갖는 온도압력 환경으로 결정된다. 전형적인 에클로자이트 광물조합은 석류석(파이로프~알만딘)+단사휘석(옴파사이트)이다. 에클로자이트는 400-1000 °C 이상의 온도(대개는 600-650 °C 이상)에서 1.2 GPa 이상의 압력을 기록한다. 이는 매우 높은 압력에 중~고온의 변성작용이다. 어떤 에클로자이트에는 금강석과 코에사이트가 희유 성분으로 나타나며 이는 높은 압력을 지시한다. 로소나이트를 함유하는 에클로자이트는 약 45~300 km 사이의 깊이에서 해양 지각의 정상적인 섭입 동안 형성된다고 실험으로 예측되었지만 지표에 노출된 것에는 아주 드물다.
압전기
압전효과를 나타내는 물질에는 자연적으로 생긴 물질과 인공적으로 만들어낸 물질이 있다.
페로브스카이트(Perovskite)구조와 텅스텐-브론즈(Tungsten-bronze)구조를 한 세라믹스의 경우에는 압전효과를 나타낸다.최근 유해물질 제한지침의 규제로 인해 납 포함장치에서 발생하는 독성에 대한 우려가 증가하고 있다. 이러한 우려를 줄이기 위해 무연 압전 세라믹스의 개발이 활발이 연구되고 있다. 이 물질들은 환경적으로 안전하다고 확인된 물질들이다.
최근에는 산업과 제조업은 응용 압전 장치에 대한 최대 시장이 되었다. 뿐만 아니라 의료업이나 자동차 산업, 정보통신 산업에서도 압전 장치를 사용하고 있다. 세계적인 압전 장치의 수요가 1400억 달러가 넘을 정도로 응용 압전 장치의 중요성이 높아지고 있다.
고온 초전도체
구리계 초전도체의 경우는 구리 원자를 격자점으로 취급하여 쿠퍼 쌍이 돌아다니는 허바드 모형으로 주로 설명된다. 가까운 이웃 격자점 사이에 전자쌍들이 돌아다니는 운동 에너지와 d-wave 대칭성, d-wave 초전도 대칭성을 조합하여 전기전도도 등을 계산해낼 수 있고 이는 실험과 잘 들어맞는다.
가돌리늄
가돌리늄이라는 이름은 핀란드의 화학자이자 지리학자인 요한 가돌린의 이름에서 따온 것이다. 1880년, 스위스의 화학자 마리냐크는 가돌리나이트라는 광물과 세라이트(세륨을 포함한 규산염 광물)에서 이 원소로 인해 생긴 선 스펙트럼을 관찰하였다. 이후, 세라이트에 더 많은 양의 가돌리늄이 있는 것으로 밝혀졌고 마리냐크는 여기서 가돌리늄 산화물(가돌리나)을 분리해내고 새로운 원소임을 확인하였다. 1886년 프랑스의 부아보드랑이 가돌리늄 산화물로부터 순수한 가돌리늄을 분리해냈다.
BSCCO
BSCCO(Bismuth Strontium Calcium Copper Oxide)의 분자식은 BiSrCaCuO이다. BSCCO는 간단히 비스코 혹은 Bi-2212라고 불린다. Bi는 비스무트의 약자이며, 2212는 금속성 원소의 개수를 뜻한다. 이 물질은 1988년 일본의 Tsukuba Laboratories에 의해 발견되었다. 세라믹 물질의 Bi-Sr-Ca-Cu-O의 구조에서 기존의 초전도체보다 높은 임계온도를 가진다는 것을 최초로 보고했다.
나이오븀-주석
니오븀-주석(NbSn) 은 1954년 초전도체로서 발견된 금속성의 화합물로서, 니오븀(Nb)과 주석(Sn)의 합금이다. 이 합금은 타입-2 초전도체로서 산업에서 사용한다. 이 합금은 A15 phase 초전도체이며, 니오븀-타이타늄(NbTi) 합금보다 비싸지만, 15테슬라(T) 를 견디는 니오븀-타이타늄에 비해, 최대 30테슬라 에 달하는 자기장을 견딜 수 있다.
셀레늄
셀레늄(그리스어 σελήνη, 달이라는 뜻임)은 1817년 베르셀리우스와 요한 고틀리브 간이 발견하였다. 두 화학자는 스웨덴 팔룬에 있는 구리 광산에서 얻은 황철석에 비소 화합물로 추정되는 붉은색 침전물이 생긴 것을 발견하였다. 그들은 이 침전물이 연소하면 고추냉이와 같은 냄새가 나는 것을 발견하였다. 이는 비소 화합물이 아닌 텔루륨 화합물의 냄새로 알려져 있었다. 이 때문에 베르셀리우스는 처음에 이 붉은 침전물이 텔루륨인 것으로 알았다. 그러나 그는 팔룬 광산에서는 텔루륨이 존재하지 않으므로 다시 분석을 시작했고, 마침내 1818년에는 이 물질이 황이나 텔루륨과 성질이 비슷하지만 전혀 다른 원소임을 밝혔다. 텔루륨은 지구에서 이름을 따 왔으므로 그와 비슷한 성질을 지닌 셀레늄은 달에서 이름을 땄다고 한다.
초유체
최초로 발견된 초유체는 헬륨-4이다. 헬륨-4의 초유체성은 1937년에 표트르 레오니도비치 카피차 및 존 프랭크 앨런()과 돈 마이스너 에 의해 발견되었다. 이 공로로 카피차는 1978년 노벨 물리학상을 수상하였다.
강자성 초전도체
강자성 초전도체는 강자성과 초전도의 진성 공존을 보이는 물질이다. 지금까지 강자성 초전도체는 실험적으로 관측되어왔다. 강자성 초전도체의 증거는 또 ZrZnformula_1 에 관해 플라이더러(Pfleiderer)등에의해 2001년에 발표되었으나 다음의 보고서는 이들 발견들에 의문의 그림자를 던졌다.
액체
원소 가운데 실온에서 액체인 것은 금속에서는 수은, 비금속에서는 브로민의 2종으로 매우 적다. 이 밖에 실온에 가까운 녹는점을 가지는 금속에 갈륨(녹는점 29.8℃)과 세슘(녹는점 28.5℃), 프랑슘(녹는점 300K)이 있을 뿐이다. 이와 같이, 우리의 주변에서 볼 수 있는 액체는 대부분 화합물이든가 아니면 그들이 혼합된 것이다. 액체는 고체의 경우와 달리 그것을 이루고 있는 입자의 배열이 불규칙하여 입자가 상당히 자유로이 운동할 수 있다. 여러 가지 물질의 끓는점을 비교해 보면 상당히 높은 것도 있고 낮은 것도 있다. 끓는점이 높다는 말은 액체를 구성하고 있는 입자(원자,분자 이온)가 따로따로 흩어져 있어 기체로 될 온도가 높다는 것을 뜻한다. 다시 말하면, 이것은 액체를 구성하고 있는 입자 사이에 강한 힘이 작용하고 있을수록 끓는점이 높아진다는 말이 된다.
MEMS
세라믹 소재는 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 등과 같은 금속원소가 산소, 탄소, 질소 등과 결합하여 만든 산화물, 탄화물, 질화물로 이루어진다.
다른 세라믹 뿐 만 아니라 실리콘, 알류미늄, 티타늄의 질화물들은 점차 물질적 특성들의 용이한 조합으로 MEMS 제작에 점차 이용되고 있다. 질화알류미늄(AIN)은 우르짜이트구조로 결정하며 파이로전기와 센서가 전단력(shear force)에 대한 민감도를 갖게 하는 압전기적 특성을 보인다. TiN, on the other hand, exhibits a high electrical conductivity and large elastic modulus allowing to realize electrostatic MEMS actuation schemes with ultrathin membranes. 더욱이, 생물 부식에 대한 TIN의 높은 저항도는 생체유전자적 환경과 생체 센서에 대한 물질의 적용을 가능하게 한다.
소듐 냉각 고속원자로
600도의 고온인 액체 소듐은 공기나 물과 접촉해 화재가 발생한다. 1995년 몬주에서도 화재가 발생했다.
초전도 현상
모든 종류의 고온 초전도체를 포함하는 2종 초전도체는 초전도 상전이의 근방에서 전류가 그 전류로 인해 발생할 수도 있는 강한 자기장과 함께 가해졌을 때 아주 작은 양의 비저항을 보인다. 이것은 전자 초유체의 소용돌이(vortex)에 의한 것으로서, 전류에 의해 전달되는 에너지의 일부를 흩뜨린다. 만약 전류가 충분히 작다면, vortex는 정지해있고 비저항은 사라진다. 이 효과에 의한 저항은 초전도체가 아닌 물질이 보이는 저항에 비하면 아주 작지만, 민감한 실험을 할 때에는 고려해야 한다. 그러나, 온도가 초전도 상전이에서 더 멀어짐에 따라, 이러한 와동들은 불규칙하지만 고정되어 있는 "와동 유리"()라는 상으로 변할 수 있다. 이러한 와동 유리 상전이 온도 아래에서는 초전도체의 저항이 0이 된다.
허빅-아로천체
1990년대 초, 관측으로 처음으로 제트와 비슷한 대부분의 자연스런 HH 천체가 발견됐다. 이 제트와 비슷한 천체는 HH 천체가 형성되기 위해 아주 평행하게 방출된다고 여겨진다.(집중된 좁은 제트). 별들은 보통 초기 수만 년 동안 그 위로 떨어진 가스로 이루어진 강착원반과 안쪽 부분의 회전원반은 원반에 수직한 부분적으로 이온화된 플라스마의 좁은 제트(극제트로 알려져 있다.) 분출에 의해 싸여있다. 이 제트가 성간물질과 충돌 할 때, HH 천체를 구성하는 밝은 방출로 인한 작은 조각의 상승을 가져다준다.
태양 에너지
석랍, 황산 나트륨과 같은 위상차 변환 물질들은 또다른 열 저장 매체이다. 이러한 물질들은 값이 싸고 쉽게 구할 수 있으며 가정에서 유용한 온도 (거의 64 °C)로 이용할 수 있다. "도버 하우스"(도버 시 소재)는 1948년에 황산 나트륨을 최초로 사용한 난방 시스템이었다.
초저온 원자
초저온에 이르기 위해서는 몇 가지 실험 기법이 사용되는데, 대표적으로 광자기 포획 상태의 기체를 레이저 냉각, 증발 냉각의 순서로 수백 나노켈빈(nK)까지 내리는 기법이 주축을 이룬다. 초저온 상태에서는 앞서 언급한 BEC와 페르미 겹침 상태 외에도 초유체 현상, 양자 자성, 다체 스핀 역학, 에피모프 상태, BEC-BCS 전이 등을 연구할 수 있게 된다.
양자 소용돌이
양자 소용돌이는 초유체와 초전도체내에 나타나는 위상수학적 결함이다. 이들 양자 소용돌이의 존재는 리처드 파인만과 알렉세이 알렉세예비치 아브리코소브에 의해 1950년대에 독립적으로 예측되었다. 그들은 후에 이종 초전도체, 액체 헬륨 그리고 원자 기체에서 실험적으로 관측하였다.
코발트-60
이를 토대로 지구의 탄생에는 강력한 초신성 폭발이 존재했었다는 것을 알 수 있으며 초창기 지구에는 철-60, 알루미늄-26, 망간-53, 팔라듐-107, 세슘-135, 하프늄-182 등등의 다량의 방사성 원소가 다량 존재했으며 이들이 붕괴하는 열 에너지로 뜨거운 용암바다를 오래 유지했었다는 것을 알 수 있다.
페로세륨
페로세륨은 1903년 오스트리아의 화학자인 카를 아우어 폰 벨스바흐가 발명하였으며, 페로세륨이란 이름은 이 합금을 만드는데 사용되는 철 ()과 희토류 원소인 세륨의 이름에서 따왔다. 페로세륨의 발화효과는 합금의 단단하지 않음과 더불어 낮은 자연 발화 온도에 기인한다.
맨해튼 계획
열영동 동위원소 분리공정은 시드니 체프먼과 데이비드 엔스코그의 체프먼-엔스코그 이론을 기반으로 한 것이다. 이 이론은 혼합 기체가 서로 다른 온도를 갖는 구역에 놓일 때 무거운 기체는 차가운 쪽으로 가벼운 기체는 더운 쪽으로 몰린다는 것을 설명한다. 더운 기체는 상승하고 차가운 기체는 하강하게 되어 두 기체를 분리할 수 있게 된다. 이 이론에 따른 기체의 분리는 1938년 독일에서 H. 클루시스와 G. 디켈이 최초로 시연하였다. 열확산 분리공정은 미국 해군에서 먼저 개발하였으나 맨해튼 계획에서 사용되어, 기술자 사이뿐만 아니라 육군과 해군 사이의 협력을 통해 진행되었다.
미해군연구소는 필립 아벨슨의 지휘아래 연구를 지속하였지만 1944년 4월 이전에는 맨해튼 계획과 큰 교류가 없었다. 오펜하이머는 해군의 열영동 분리공정에 대한 소식을 듣고 Y-12 플랜트에 이 기술을 도입하자고 그로브스에게 제안하였다. 위원회의 검토결과 열영동 분리공정은 플랜트 건설에 2억5천 달러가 소요되고 주당 50 kg의 우라늄을 정제하여 그 가운데 0.9%에 해당하는 농축 우라늄-235를 생산할 수 있을 것으로 평가되었다. 그로브스는 1944년 1월 24일 플랜트 건설을 승인하였다.
온도
온도의 국제 단위는 켈빈(K)이다. 켈빈은 물의 삼중점의 열역학적 온도의 1/273.16으로 정의된다. 일반적인 정의에 사용되는 온도 기준에 열역학적 정의의 온도를 사용함으로써 일반적인 정의의 온도라도 물리학적인 의미, 다양한 기초적인 물리법칙과의 관련성을 만들 수 있다.
금속성 수소
1968년 N.W.에쉬크로프트()는 유진 위그너의 아이디어를 바탕으로 BCS 이론을 통해 아주 높은 압력(~400GPa)을 가하면 금속성 수소가 상온에서 초전도체가 될 수 있다는 이론은 펼쳤다. 하지만 그만큼 높은 압력의 한계점 때문에 현재까지 수소의 초전도성은 발견되지 않고 있다. 따라서 과학자들은 수소만이 아닌 수소-풍부-화합물에 많은 관심을 가진다. 실제로 2008년에 실란이라는 SiH4 물질에 50GPa의 압력하에서는 금속성을 가지고 약100GPa의 압력을 가하자 17K에서 초전도성을 보임을 M.I.에르멧 등이 발견하였다.
초전도체 분류
초전도체는 그 물리적 특성에 대한 우리의 관심, 이해, 냉각비용 또는 재료에 의존하는 여러 기준에 따라 분류될 수 있다.이것은 기화온도가 77K인 액체 질소로 샘플을 냉갈할 수 있는지 아닌지에 강조할 때 사용된다. 그 온도이면 액체 헬륨으로는 더욱 가능성이 높다.
홈즈 법칙
홈즈법칙은 천이온도 이상의 저항이 크므로 산화 구리 초전도체가 높은 천이 온도를 지님을 예측하였다.
원자력
1932년, 제임스 채드윅이 중성자를 발견하였고 이후 1934년 프레데리크와 이레네 졸리오 퀴리가 여러 물질에 중성자를 가하면서 유도 방사능(induced radioactivity)을 발견했다. 이로써 자연 상태의 라듐을 얻는 것보다 훨씬 싼 가격으로 라듐같은 방사성 물질을 얻을 수 있게 되었다. 1930년대 페르미는 저속중성자(slow neutron)를 이용하여 유도 방사능의 효율을 올리는 연구를 하였다. 또한 우라늄에 중성자를 가하여 그가 헤스페륨(Hesperium)이라고 이름붙인 물질을 발견했다고 발표했다.
이트륨 바륨 구리 산화물
이트륨 바륨 구리 산화물()는 초전도체 물질 중 하나로 임계 온도는 90K(-183℃)에서 93K(-180℃)로 비교적 높아 경제적인 초전도 합금 중 하나이다. 90K은 산소의 끓는점으로 값이 비싼 액체 헬륨(-268℃)보다 비교적 값이 싸고 반응성이 적은 액체 질소(-196℃)로 초전도체를 만드는 게 가능해졌다. 처음의 임계 온도는 93K, 즉 -180도였다. 첫 샘플은 YBaCuO 이트륨-바륨-산화 구리이다.
흑연 층간 물질
BCS 이론은 처음으로 초전도 현상을 양자역학적으로 설명한 이론으로, 여기에서 제시한 전자와 포논 사이의 상호작용은 저온 초전도체의 초전도 현상을 굉장히 잘 설명한다. 칼슘(Ca)-흑연 층간 물질의 임계 온도는 11.5K으로 꽤 높기 때문에 BCS 이론으로 초전도 현상을 정확하게 설명할 수 없지만, 여기에서 조금 더 발전된 강한 전자-포논 상호작용(strong electron-phonon interaction)으로 대략적으로 설명할 수 있다.
테르밋
테르밋()은 금속 분말(연료)과 금속 산화물(산화제)을 혼합한 화공품이다. 열을 받으면 발열산화·환원 반응을 일으킨다. 폭발성 물질은 아니지만 좁은 면적에 순간적으로 극도의 고열을 발생시킬 수 있다. 생긴 꼴과 작동 기작 모두 다른 연료-산화제 혼합물인 흑색화약과 유사하다.
이오 (위성)
보이저 호가 보내온 사진으로 과학자들은 이 용암류의 성분은 그 대부분이 녹은 황의 다양한 혼합물이라고 생각했다. 그러나 이후 지구에서의 적외선 후속연구 및 갈릴레오 호의 자료로는 용암류 성분이 현무암질에 고철질암과 초고철질암이 섞여 있는 것으로 나타났다. 이 가설은 이오의 '열점' 또는 열방출 지역의 온도가 최소 1300 켈빈에서 일부는 1600 켈빈까지 기록한 것에 기반한 것이다. 원래 모형은 이들 열점 온도가 2000 켈빈까지 올라가는 것으로 나왔는데, 이는 잘못된 온도 모델을 사용하여 수치가 과도하게 측정되었기 때문이다.
양자 스핀 액체
양자 스핀 액체 상태는 1973년 필립 앤더슨에 의해 제안되었다. 그가 제시했던 해는 2차원 육방정계 배열의 반강자성 스핀 계의 바닥 상태였다. 양자 스핀 액체는 이후 1987년에 앤더슨이 무질서 스핀 액체로 기술하는 고온 초전도체 이론을 제안하면서 더 관심을 끌게 되었다.
마리 퀴리
결혼 직후 1896년 마리는 박사학위 논문주제를 찾고 있었는데, 당시 베크렐이 발견한 우라늄염에서 일어나는 베크렐선 현상에 대해 알게 되었다. 그리고 자연계에 베크렐선 현상을 보이는 물질이 우라늄 외에도 더 존재할 것이라고 믿고, 그 물질들을 찾아 연구하기로 한다. 마리는 '피치블렌드(역청우라늄광)'라는 광물이 순수한 우라늄보다 강한 방사능을 배출한다는 사실을 알아내고, 이러한 광물을 효과적으로 분석하는 방법에 관해 피치블렌드의 성분을 분리하는 실험을 시작했다.
고온 초전도체
약 1993년부터, 가장 높은 임계 온도를 가지는 초전도체는 탈륨, 수은, 구리, 바륨, 칼슘, 산소로 구성된 세라믹으로서 임계 온도가 T=138 K 였다.
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.
프닉타이드 산화물
2008년에는 화학식이 ReOTmPn인 몇몇 닉타이드 산화물에서 최대 55 K까지 올라가는 고온 초전도가 관찰되었다. (Re : 희토류 원소, Tm : 전이금속 원소, Pn : 비소(As)와 같은 5족 원소)
초전도를 보이는 몇몇 닉타이드 산화물과 그 임계 온도는 다음과 같다 :
프랑슘
1939년 마그리트 페레에 의해 발견되었다. , 존재는 1870년대에 멘델레예프에 의해 에카-세슘 (eka-cesium) 으로 예측되었다. 마그리트 페레는 223 프랑슘을 발견하고 자신의 조국인 프랑스의 이름을 따 새로운 원소를 프랑슘으로 명명했다.
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.
슈퍼지구
주계열성 주위를 공전하는 첫 번째 발견 사례는 2005년 글리제 876 주위를 도는 글리제 876 d였다. 글리제 876 주위에는 이미 목성형 행성이 1개 발견된 상태였다. d의 질량은 지구의 7.5배였고, 공전주기는 매우 짧아서 고작 2일에 불과했다. 매우 가깝게 붙어서 돌고 있기 때문에 글리제 876이 적색 왜성이지만 d의 표면 온도는 650K에 이른다.
초전도 현상
발견 초기의 단원자 저온초전도체들은 대부분 1종 초전도체로 알려져 있고, 대부분 화합물 초전도체를 비롯하여 모든 산화물 고온초전도체들은 II-형(Type-II) 초전도체로 알려져 있다. 1종 초전도체와 2종 초전도체의 구분은 자기장-온도 상전이 형태에서 쉽게 그 차이점을 발견할 수 있다.
테크네튬
순수한 테크네튬은 상온에서 약한 상자성이며, 7.46K 이하에서 초전도체의 성질을 나타낸다.
기하 이성질체
직쇄 알켄의 끓는점과 같은 경우에는 이러한 차이는 매우 작다. 그 예로는 2-펜텐(2-Pentene)이 있는데, 시스 이성질체에서는 37 °C이고 트랜스 이성질체에서는 36 °C이다. 극성 결합이 존재하면, 시스와 트랜스 이성질체 사이의 차이가 커진다. 그 예로는 1,2-디클로로에텐(1,2-dichloroethene)이 있는데, 시스 이성질체의 끓는점은 60.3 °C인 반면에 트랜스 이성질체의 끓는점은 47.5 °C이다. 시스 이성질체에서는 두 개의 극성 C-Cl 결합 쌍극자 모멘트가 결합하여 분자 쌍극자 모멘트를 형성하여, 분자간 쌍극자-쌍극자 힘(또는 Keesom force)이 존재하게 되는데, 반 데르 발스 힘의 일종인 London dispersion force에 더해져 끓는점을 상승시킨다. 한편, 트랜스 이성질체에서는 두 개의 C-Cl 결합 모멘트가 상쇄되고 분자가 비극성이어서 이러한 현상이 일어나지 않는다.
초신성잔해
이러한 초신성 폭발의 결과로, 빛의 속도의 10%에 해당하는 속도로 별을 구성하는 상당량의 또는 모든 물질들이 방출된다. 이러한 방출 속도는 음속을 크게 넘어서는데, 일반적인 성간매질의 온도, 10,000 K일 때 초기의 마하수는 1000 이상이다. 때문에 방출의 선두에는 강력한 충격파가 발생하여 밖으로 흐르는 플라스마를 수백만 켈빈 정도까지 가열시킨다. 충격파는 시간에 따라 주위의 매질을 밀어내면서 점차 느려지게 되지만, 수백 또는 수천 년 동안 속도가 국지에서의 음속보다 느려지기 전까지 수십 파섹 이상으로 팽창하게 된다.
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.
페로센
페로센은 철의 메탈로센으로 18 전자 규칙을 만족하는 주황색의 화합물이다.
페로브스카이트
페로브스카이트 결정 구조는 1926년 Victor Goldschmidt의 저항 인자(tolerance factor) 연구에서 처음으로 서술되었다. 나중에 Helen Dick Megaw가 티탄산 바륨의 X선 회절 자료로부터 그 결정 구조를 1945년에 발표하였다.
조엘 셰르크
1946년 전후 프랑스에서 태어났고, 에콜 노르말 쉬페리외르를 졸업하였다. 1974년에 존 헨리 슈워츠와 함께, 끈 이론이 강한 상호작용뿐만 아니라, 중력을 포함한 다른 물리 현상들을 포함한다는 사실을 증명하였다. 1976년에는 초끈 이론을 일관적으로 정의하기 위하여 필요한 조건인 GSO 사영을 페르디난도 글리오치()와 이언 올리브()와 발견하였다.
1978년에는 외젠 크레메르()와 베르나르 쥘리아()와 함께 M이론의 낮은 에너지 유효 이론인 11차원 초중력 이론을 정의하였다.
고속 중성자로
초임계압 경수 냉각 고속로를 제외한 모든 고속로는 액체금속을 냉각재로 쓰고 있다. 초기의 로스앨러모스 국립 실험실의 클레멘타인 원자로는 수은을 냉각제로, 플루토늄 금속 연료를 사용했다. 나트륨과 칼륨 냉각재는 낮은 용융온도로 실험 고속로에서 많이 사용되었다. 액체 납은 해군 원자로와 몇몇 실험용 원자로에서 사용되었다. 모든 대규모 고속로에선 액체 나트륨을 냉각재로 쓴다.
RRAM
RRAM은 부도체 물질에 충분히 높은 전압을 가하면 전류가 흐르는 통로가 생성되어 저항이 낮아지는 현상을 이용한 것이다. 일단 통로가 생성되면 적당한 전압을 가하여 쉽게 없애거나 다시 생성할 수 있다. 페로브스카이트(perovskite)나 전이금속 산화물, 칼코게나이드 등의 다양한 물질을 이용한 RRAM이 개발되고 있다.
강유전체
가장 많이 알려진 페로브스카이트 결정 구조 BaTiO는 상온에서는 정방정(tetragonal) 결정구조를 가지며 양이온 Ti가 음이온 O의 중심보다 약간 다른 위치에 있어서 자발 분극을 갖게된다. 그런데 약 120C 이상이 되면 결정구조가 입방정(cubic)으로 바뀌면서 자발 분극이 사라지게 된다. 이렇게 강유전성(ferroelectricity)을 잃어버리는 온도를 "큐리 온도(Curie temperature)"라고 한다. 이러한 강유전 상전이는 고체상전이의 예의 하나로 큐리 온도를 "상전이 온도"라고도 부른다.
구리
구리는 붉은 빛을 띠는 금속으로 전기와 열의 전도성이 뛰어나다. 실온에서 구리보다 전기 전도성이 좋은 원소는 은 뿐이다. 구리의 독특한 색은 가시광선 중에서 빨간색과 주황색만을 반사하고 다른 색은 흡수하는 성질 때문이다.
목성
목성 내부의 온도와 압력은 켈빈-헬름홀츠 기작으로 인해 핵쪽으로 급격하게 증가한다. 10 바 수준의 "표면" 압력에서, 온도는 약 340 K이다. 수소가 임계점 이상으로 가열되어 금속성을 띠게 되는 상전이 영역의 온도는 10,000 K이며 압력은 200 GPa로 추정된다. 핵의 경계에서의 온도는 36,000 K, 압력은 대략 3,000~4,500 GPa로 추정된다.
긴즈부르크-란다우 이론
초전도체의 경우 전기 저항이 0이다. 이는 대전된 스칼라장 formula_1이 초유체를 이루기 때문이다. formula_1의 위상 성분 formula_30은 힉스 메커니즘에 의하여 유질량 광자의 종파 모드가 되며, 질량 formula_53를 가진다. 즉, 대전된 성분 formula_33는 질량 간극을 가진다. 만약 만약 온도가 formula_55이라면, formula_33의 에너지가 포논으로 방출될 수 없으므로, formula_33는 대전된 초유체를 이루고, 이에 따라서 저항이 0이 된다.
고온 초전도체
초전도체와 일반 고체(부도체 혹은 도체) 사이에 상전이가 일어날 때에는 전기 전도도가 무한대가 되는 것과 함께 전자들의 에너지 분포가 바뀐다. 일반 도체일 때에는 전자의 에너지 준위가 페르미 에너지 준위를 중심으로 연속적으로 분포하여 전자는 페르미 에너지를 중심으로 연속적인 에너지 값을 갖는다. 하지만 초전도체에서는 페르미 에너지 준위를 기준으로 약간 위와 약간 아래에 전자가 존재할 수 있는 영역이 한정되어 허용된 전자의 에너지 준위(값)에 띠틈이 있다. 이는 초전도체 시료를 주사 터널 현미경으로 전기 전도도의 미분값을 관찰하여 얻을 수 있다. 그리고 고온 초전도체의 경우에는 초전도 현상을 보이지 않는 온도 범위에서도 이러한 에너지 준위의 구멍이 존재하여 이를 유사틈()이라고 부른다.
HD 179949 b
만약 b가 온실 효과나 조석 효과 영향을 받지 않는다고 가정하면 본드 반사율은 0.1에 표면 온도는 1533 켈빈이 나온다. 이는 HD 209458 b (1392K)보다 뜨거우며 HD 149026 b와 비슷한 수치이다.
플라이슈만-폰즈 실험
1989년 3월 중순에 두 연구 팀은 모두 연구 결과를 출판할 준비가 되어 있었고, 플라이슈만과 존스는 3월 24일에 만나 «a href="%EB%84%A4%EC%9D%B4%EC%B2%98">네이처 지에 그들의 논문을 제출했다. 그들은 언론에 자신의 연구 결과를 공개했고 3월 23일에는 기자 회견까지 가졌다. 배신당한 존스는 기자 회견 이후 «a href="%EB%84%A4%EC%9D%B4%EC%B2%98">네이처1986년의 고온 초전도체의 발견은 과학계가 어마어마한 경제적 파장을 미칠 수 있고 재현 가능한, 하지만 당시의 과학적 추론으로 예상하지 못했던 발견에 대해 더 개방적인 자세를 가지게 해 주었다. 플라이슈만과 폰즈의 상온 핵융합은 핵반응이 화학적으로 결합된 결정 구조 안에서도 일어날 수 있다는, 지금까지의 과학적 직관에 정반대되는 아이디어를 제기하고 있었다. 많은 과학자들은 고체에서의 이성질핵 전이를 수반하는 핵반응 현상인 뫼스바우어 효과를 떠올렸다. 30여 년 전 뫼스바우어 효과의 발견은 마찬가지로 예상치 못한 것이었지만 빠르게 재현되었고 당시까지의 물리학적 지식 체계 안에서 설명될 수 있었기 때문이었다.
이붕화 마그네슘
이붕화 마그네슘(Magnesium diboride, MgB)은 저렴하고 간단한 구조를 가진 초전도체이다. 이 물질이 최초로 합성되고 구조가 분석된 것은 1953년이었으나, 2001년이 될 때까지 초전도를 보인다는 사실이 알려지지 않았다. 때문에 이붕화 마그네슘의 초전도성이 2001년 3월 《네이처》의 논문에 의해 발견되자 상당한 흥분을 자아냈다. 이붕화 마그네슘의 초전도 상전이 임계 온도("T")는 39 K이었다. 이 온도는 (고온 초전도체가 아닌) 일반 초전도체 중에서는 최고로 높은 것이었다.
베릴륨
1932년에는 제임스 채드윅이 폴로늄에서 방출되는 알파 입자를 베릴륨 판에 충돌시킨 후에 방출되는 투과력이 강한 방사선을 파라핀에 쬐는 실험을 통해 중성자를 발견하였다. 이후로는 알파 붕괴를 통해 붕괴하는 원소들과 베릴륨을 혼합하여 중성자원으로 사용하였으며, 1942년 엔리코 페르미가 최초로 제어된 핵분열 연쇄 반응을 일으킬 때도 알파 붕괴하는 라듐과 베릴륨을 섞은 중성자원이 사용되었다. 제2차 세계 대전 기간 동안에는 베릴륨 생산량이 급격하게 증가하였는데, 이는 단단한 베릴륨구리와 형광등 제조에 사용되었다. 그러나 베릴륨의 독성이 알려지면서 1949년 이후 베릴륨 화합물을 이용한 형광등 제조는 중단되었다.
초전도 현상
초전도체의 발견 이래 초전도체의 원리를 설명하기 위해 많은 노력이 있어 왔다. 1950년대에, 이론 응집물질물리학자들은 한 쌍의 중요한 이론에 의해 ‘’일반적인’’ 초전도체에 대한 확고한 이해에 도달했다고 생각했었다. 이 두 이론은 현상론적인 긴즈부르크-란다우 이론 (1950)과 미시적인 BCS 이론 (1957)이다. 그런데 2010년대 들어와 자기양자에 대한 해석이 명백한 오류임이 밝혀져 복잡해졌다. 노벨상을 수상한 이 2개의 이론에 대한 의문이 커졌고. 그러므로 고온초전도체는 물론이고 금속 초전도체에도 적용될 수 있느냐 하는 의문에 논쟁의 여지가 있다. 초전도이론은 확정된 것이 아니고 완전하게 열려있는 상황이라 하겠다.
KELT-9b
KELT-9b는 2017년도에 발견된 외계 행성이다. 온도가 약 4,600K로 예상되며, 이는 WASP-12b의 '가장 뜨거운 행성'의 기록을 깬 외계 행성이며, M형과 K형의 별들과 온도를 비교해도 버금가는 수준이다. 미국 스콧 가우디 오하이오 주립 대학교가 이번 연구에 참여했으며, TESS 우주망원경, 제임스 웨브 우주망원경 등을 동원하여 더 자세히 연구할 예정이다.
중성자별
막 형성된 중성자별의 온도는 약 10 ~ 10 켈빈에 이른다. 그러나, 엄청난 수의 중성미자가 별의 엄청난 에너지를 가져가면서 방출되므로 온도는 수 년 이내에 약 10 켈빈까지 떨어진다. 심지어 100만 켈빈일 때, 중성자별에 의해 방출되는 대부분의 빛은 X-선이다.
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.
표트르 레오니도비치 카피차
1934년에 카피차는 다시 소비에트 연방으로 건너가 액체 헬륨에 관한 일련의 실험을 진행하였고, 1937년에 액체 헬륨이 초유체임을 발견하였다. 이 공로로 이후에 그는 노벨 물리학상을 수상하게 된다. 1939년에는 그는 고효율 터빈을 이용해 공기를 액화할 수 있는 새로운 방법을 발견했고 그 결과 그는 소비에트 연방의 산소 산업부 장관을 맡게 되었다. 그 곳에서 그는 그의 저온 팽창 기술을 공업적으로 사용할 방안을 개발했다. 1950년부터 1955년까지는 극초단파 발생기를 개발했고, 백만 켈빈 이상의 온도에서 나타나는 새로운 형태의 고압 플라스마 방전을 발견했다.
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.
레늄
고온에 장시간 가열한 후 서서히 냉각시키면 연성이 매우 뛰어나며, 몰리브데넘과의 합금은 약 10K에서 초전도체의 성질을 나타낸다. 표준 상태에서는 진한 질산과 왕수를 제외한 산과 염기에 반응하지 않는다.
도 기호
열역학적 온도 단위 중 하나인 켈빈(절대온도)도 한때는 "°K"라고 썼으나, 현재는 "K"로 쓴다.
무거운 페르미온
이러한 물질 안에 있는 페르미온의 하나로서 전자는 종종 무거운 전자라고 일컫는다. 무거운 페르미온 물질은 낮은 온도의 비열이 자유 전자 모형에서 예측한 선형 값 보다 약 1000넘는 크기를 가진다. 무거운 페르미온은 부분적으로 f-오비탈이 채워진 희토류 원소나 국지 자기 모멘트를 가지는 악티니드 이온에서 만들어진다. 이 물질들이 "무거운 페르미온"이라고 이름이 붙여지게 된 이유는 약 10K정의도 물질마다 다른 특정온도에 도달하면 전도전자들이 자유전자의 유효질량에 비해 약 1000가 큰 값을 보이기 때문이다. 이러한 큰 유효질량은 또한 카도와키 우드 비에 대해 전자-전자 스케터링으로 부터 고유저항에 영향을 미치게 된다. 이러한 무거운 페르미온의 현상은 금속, 초전도, 부도체 그리고 자기적 상태 등 매우 다양한 물질의 상태에서 발견된다는 점에서 흥미롭다. 대표전인 무거운 페르미온 물질에는 CeCu, CeAl, CeCuSi, YbAl, UBe and UPt가 있다.
철-비소 기반 초전도체
SrFeAs의 경우 절대온도 200도 에서 철의 자기 모멘트가 반강자성 정렬을 한다. 이와 동시에 "I4/mmm"의 정방구조에서 "Fmmm"의 orthorohmbic 구조로 일차 상전이한다.
페로세륨
페로세륨(Ferrocerium)은 긁힘으로 인해 급속하게 산화되면서 3000도 까지 올라가는 발화성 합금으로, 불꽃을 일으킬때 사용한다. 페로세륨은 상업적으로 잘 사용되는데, 예를 들어, 라이터의 발화 소재(종종 "부싯돌" 부분으로 오인된다), 산소 용접시 스파크 발생용으로 사용하거나, 야금에서 산소 제거등을 하며, 페로세륨 막대(보통 파이어 스타터라고 불림)등으로 사용된다. 물에 젖거나 해도 페로세륨 막대를 이용하면 불이 붙기 때문에, 페로세륨 막대는 보통 서바이벌 킷의 긴급 발화 장치로 사용된다.
세라믹
세라믹스(ceramics) 또는 세라믹은 열과 냉각 활동으로 마련된 무기 화합의, 비금속 고체이다. 점토 등 천연의 원료를 사용해서 만들며, 용기로 사용되어 왔다. 이에 대하여 파인 세라믹스(fine ceramics)는 고순도의 인공 원료를 사용해서 만들며, 전자재료, 정밀기계 재료 등 다양한 용도에 쓰인다. 세라믹스는 금속과는 반대로 전기를 잘 전도하지 않을 뿐 아니라, 유기 재료와는 달리 고온에도 잘 견딘다는 것이 특징이다.
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.
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.
제임스 채드윅
독일에서 발터 보테와 그의 제자 헤버트 베커가 폴로늄에서 방사되는 알파 입자를 피폭시킨 베릴륨의 방사선을 관찰하여 특이한 방사 현상을 관찰하였다. 채드윅과 그의 제자이자 1851년 박람회 장학금 수여자인 오스트레일리아 출신의 휴즈 웹스터는 보테와 베커의 실험을 재현하였다. 채드윅은 이 현상이 몇 년전 자신과 러더퍼드가 세웠던 전기적으로 중성인 핵입자 가설을 뒷받침하는 증거로 보았다. 1932년 1월 노먼 피더는 또 다른 놀라운 실험 결과를 알려주었다. 프레데리크 졸리오퀴리와 이렌 졸리오퀴리 부부는 폴로늄에서 방사되는 알파선을 베릴륨에 충돌시킨 뒤 여기서 발생하는 특이한 방사선을 파라핀 왁스에 쏘였다. 그 결과 파라핀에서 양성자가 검출되자 졸리오퀴리 부부는 이 방사능을 감마선이라고 여겼다. 하지만 러더퍼드와 채드윅은 양성자가 너무 무거운 입자라서 감마선과 같은 복사에너지만으로는 그런 현상이 나타날 수 없다고 보았고, 전기적으로 중성이면서 보다 작은 입자가 충돌하였다면 이러한 현상이 가능할 것이라고 보았다. 이탈리아의 이론물리학자 에토레 마요라나 역시 졸리오퀴리 부부의 실험 결과를 보고 같은 결론에 도달했다. 졸리오부부는 중성자를 발견했지만 그것이 무엇인지 알 지는 못한 것이다.
채드윅은 다른 모든 일을 중단하고 중성자의 존재를 증명하는 실험에 매달렸다. 그는 폴로늄 소스와 베릴륨 타겟을 하나의 실린더에 구성한 장치를 만들어 여기서 나오는 방사선을 파라핀 왁스와 같은 물질에 투사하였다. 그 결과 나오는 양성자를 이온화 챔버에 모으고 오실로스코프로 관찰하였다. 이러한 실험을 시작한 지 2주가 지난 1932년 2월 채드윅은 《네이처》에 〈중성자의 존재 가능성〉을 기고하였고, 5월에는 《왕립학회보》에 〈중성자의 존재〉를 기고하였다. 채드윅의 발견은 핵물리학의 이정표가 되었으며 로버트 베이처와 에드워드 콘돈은 양성자와 중성자로 이루어져 있는 새로운 원자핵 모형을 도입하여 질소 원자핵의 스핀 문제를 해결하였다.
이다 노다크
노다크는 엔리코 페르미가 1934년 제시한 핵 충돌 실험의 결과를 분석 비평하였다. 그녀는 논문 〈원자 번호 93에 대해〉에서 앤리코는 우라늄보다 무거운 원소가 없다고 하였지만, 그보다 무거운 초우라늄 원소가 생성될 수 있다고 주장하였다. 이 논문은 오늘날 최초로 핵분열을 예견한 것으로 평가된다. 노다크는 논문에서 "방사능을 조사한 초우라늄 원소의 핵은 몇 개의 동위 원소 핵으로 붕괴될 수 있을 것으로 보인다"고 언급하였다. 그러나 실험적 결과를 제시하거나 가능한 기술적 방법을 밝히니는 않았고, 노다크의 논문은 무시되었다.
호열균
1993년　캐리 멀리스가 내열성 DNA 폴리메라아제를 이용한 폴리메라아제 연쇄 반응(PCR) 연구를 통해 노벨 화학상을 수상한다. 이 때 호열균 "Thermus aquaticus"의 DNA 폴리메라아제가 이용되었으며, "Taq 포폴리메라아제"라는 이름도 여기서 유래했다.왼쪽 온도는 한계 생존 가능 온도, 괄호 안은 적정 생존 가능 온도기타 테르모코쿠스속("Thermococcus", 모두 27종) 등 초호열균으로 약 70종이 있다.
약하게 상호작용하는 무거운 입자
수단 광산에서의 차가운 암흑 물질 탐색(Cryogenic Dark Matter Search, CDMS)에서 사용되는 기술은 매우 차가운 게르마늄과 실리콘 결정에 의존한다. 각각 하키 퍽 정도의 크기인 결정은 50mK까지 냉각된다. 윔프가 결정을 뚫고 지나갈 순간 알루미늄과 텅스텐으로 이루어진 표면 금속 층을 이용한다. 이러한 디자인은 윔프가 지나가며 원자를 ‘치고’ 갈 때 발생하는 진동을 측정하기 위함이다. 특정 온도에서 텅스텐이 초전도 상태에 있도록 텅스텐 초전도 전이단 센서 (transition edge sensor, TES)가 유지된다. 일정 규모 이상의 결정 진동은 열을 생성하게 되고 이것은 전기저항에 변화를 일으키기 때문에 측정할 수 있다.
풀러렌
풀러렌(C)을 원료로 하여 2개가 연결된 모양의 2량체(C)나 풀러렌폴리머((-C-)n)도 합성되고 있는데, 이것은 가열하면 원래의 C으로 되돌아간다. 최근 알칼리금속을 도입한 금속 풀러렌이 종래의 유기물 초전도체보다 높은 온도에서 초전도성을 나타내서 주목을 받고 있다.
스테인리스강
1890년대 후반에 독일의 한스 골드슈미트는 탄소없는 크롬을 만드는 테르밋 공정을 개발해내었다. 1904~1911년 사이에 프랑스의 레온 기예를 포함한 몇몇 연구자들은 현대의 스테인리스강과 비슷한 합금을 개발하는데 힘을 쏟았다.
초전도 현상
최초의 초전도체는 1911년 헤이커 카메를링 오너스가 고체 수은의 저항을 당시 발견된 액체 헬륨을 이용하여 저온에서 측정하는 도중 발견하였다. 4.2 K의 온도에서 그는 저항이 갑자기 사라지는 것을 관찰하였다. 이후 초전도체는 여러 다른 물질에서 발견되었다. 1913년 납의 초전도가 7 K에서 발견되었고, 1941년에는 질화 나이오븀(NbNi)의 초전도가 16K에서 발견되었다. 초천도체를 이해하는 그 다음 중요한 진전은 1933년 발터 마이스너와 로베어트 오흐젠펠트()가 마이스너 효과로 알려진 초전도체가 자기장을 밀쳐내는 것을 발견한 것이었다. 1935년 프리츠 론돈()과 하인츠 론돈()은 마이스너 효과가 초전도 전류가 운반하는 전자기적 열역학적 자유 에너지를 최소화하려는 데에서 나타난다는 것을 보였다.