초전도체

머리말
서론: 세기의 난제 초전도체

1. 초전도체의 발견
전자 운동의 장애물과 전기저항
절대영도에 도달하기 위한 날갯짓
린데 공정과 판데르발스의 이론
세상에서 가장 차가운 라이벌 관계
절대영도에서는 전자도 얼어붙을까?
오너스가 이루지 못한 꿈들

2. 초전도체의 양자역학적 특징
초전도체=완벽한 전도체?
마이스너 효과만으로는 공중 부양을 시킬 수 없다
두 종류의 초전도체와 공중 부양
the Sign of Two
초전류의 양자 터널링: 조지프슨 효과
3. 초전도체 이론
초전도 이론의 실마리: 동위원소 실험
초전도체와 현상론
초전도체의 원리를 밝히기 위한 아인슈타인의 도전
양자역학의 발전과 실패한 이론
BCS 삼총사

4. 고온 초전도체
마티아스 규칙과 고온 초전도체의 발견
이트륨이냐 이터븀이냐, 그것이 문제로다
미확인 초전도 물체
구리계 초전도체의 구조와 다양한 조성
고온 초전도체를 탐험하기 위한 안내도
부도체에서 고온 초전도체로 가는 길
초전도체에서 일반 금속 상태로 빠져나가기

5. 초전도체의 근황
새로운 초전도체의 전통
썩은 계란과 초전도체
초전도체와 나노스케일 박막
보물 창고와 도둑들
초전도체의 사용처
먼지물리학의 반란

꼬리말
주
참고문헌
찾아보기

세계에서 가장 저명한 과학 학술지로 꼽히는 〈사이언스〉에서는 2005년, 창간 125주년을 기념하여 인류가 아직 대답하지 못한 질문 125개를 선정했다. 물리학을 비롯하여 수학, 화학, 생물학, 정치학, 컴퓨터과학 등 과학의 전 분야를 망라한 질문 125개 중에는 놀랍게도 고온 초전도체의 원리에 관한 질문이 두 가지나 있다. 한 학술지에서 발표한 목록이 역사상 가장 중요하고 어려운 문제를 대표한다고 볼 수는 없겠지만, 이를 통해 적어도 고온 초전도 현상이 과학자들 사이에서 꽤 중요한 문제로 여겨진다는 것은 알 수 있다.

전기저항의 이러한 온도 의존성을 보며 19세기 물리학자들은 궁금했다. 온도를 계속 내려 가장 낮은 온도인 절대영도에 도달하면 저항은 어떻게 될까? 크게 두 가지 가능성이 있어 보였다. 하나는 격자진동이 완전히 사라져 포논에 의한 전기저항이 0이 되는 것이고, 다른 하나는 전자의 움직임마저 꽁꽁 얼어버려 전기가 전혀 흐르지 않는 무한대의 저항 상태가 되는 것이다. 이를 확인해보기 위해서는 물질을 직접 절대영도로 냉각시켜보는 수밖에 없었다.

아인슈타인이나 파인먼처럼 대중적으로 유명한 이론물리학자들 때문인지 흔히들 물리학을 이론적인 학문으로 보는 경향이 있지만, 물리학은 철저하게 실험이 동반되어야 하는 학문이다. 새로운 물리적 현상을 발견하기 위해서는 전에는 도달하지 못했던 더 낮은 온도, 더 높은 자기장, 더 강한 압력 등을 구현할 수 있어야 하는데, 그러기 위해서는 수준 높은 기술력이 필요하다. 이러한 전인미답의 실험 조건을 만들기 위해서 실험물리학은 다양한 신기술을 도입한다. 거대한 입자가속기나 높은 자기장을 만들 수 있는 거대한 자석, 원자를 한 층씩 제어할 수 있는 장비도 모두 이런 맥락에서 개발된 것들이다.