지속 전류

물리학에서 지속 전류는 외부 전원이 필요하지 않은 영구 전류를 말한다.일반적으로 사용되는 모든 도체는 0이 아닌 저항을 가지며, 이 저항은 열과 같은 전류를 빠르게 소멸시키기 때문에 일반 전기 장치에서는 그러한 전류가 불가능하다.그러나 초전도체와 일부 중경 소자에서는 양자 효과로 인해 지속적인 전류가 가능하고 관측된다.저항성 물질에서는 크기 효과로 인해 현미경 검체에서 지속적인 전류가 나타날 수 있다.집요한 전류는 초전도 자석의 형태로 널리 사용된다.null

자화된 물체에서

전자기학에서는 모든 자성을 미세한 지속 전류로 볼 수 있다.정의에 따라 $자기화{\displaystyle \mathbf{}}$ M ${\$은(는) 해당 현미경 형태로 대체될$$ 수 있으며, 이는 전류 밀도:

${\displaystyle \mathbf{J}}$= ${\displaystyle \times }$ ${\displaystyle M\mathbf{}}$ ${\$

이 전류는 바운드 전류로, 발산성이 없기 때문에 그것과 관련된 전하 축적이 없다.이것이 의미하는 것은 어떤 영구 자화 물체, 예를 들어 한 장의 오두막 같은 것은 그 물체 전체에 지속되는 전류를 가지고 있다고 생각할 수 있다는 것이다(지속적인 전류는 일반적으로 표면 근처에 집중된다).null

그 반대는 또한 사실이다: 어떤 지속되는 전류도 분기가 없으며, 따라서 자화(自化)로 대신 나타낼 수 있다.따라서 거시적인 맥스웰 방정식에서는 영구적인 전류를 자화로서 나타낼지, 그 반대로 나타낼지, 그것은 순전히 수학적인 편의의 선택이다.그러나 맥스웰 방정식의 미시적 공식에서는 $M{\displaystyle \mathbf{}}$ ${\$가) 나타나지 않으므로$$ 모든 자화는 대신 경계 전류로 표시되어야 한다.null

초전도체에서

이 구간은 확장이 필요하다.추가하면 도움이 된다. (2013년 10월)

초전도체에서는 아무런 저항 없이 전하가 흐를 수 있다.전하가 흐르는 동안 초전도체 상태를 생성(자재를 냉각)하거나 초전도체 상태를 생성한 후 초전도체 주위의 자기장을 변화시켜 큰 내장 지속 전류를 가진 초전도체 조각을 만드는 것이 가능하다.^[1]이 원리는 유지하는데 소량의 전력만을 필요로 하는 지속 가능한 높은 자기장을 생성하기 위해 초전도 전자석에 사용된다.지속 전류는 H. Kamerlingh Onnes에 의해 처음 확인되었고, 지속 시간에 하한을 설정하려는 시도는 10만 년 이상의 값에 도달했다.^[2]null

저항성 컨덕터

놀랍게도 자기장에 놓여 있는 저항성 금속 내부에 명목상 '비자기성'^[4]인 금속에도 미세한 지속 전류가 존재할 수 있다.전류는 전자가 금속을 통해 이동하는 방식에 영향을 미치는 양자역학적 효과의 결과물이며, 원자 내부의 전자가 핵의 궤도를 영원히 돌 수 있도록 하는 같은 종류의 운동에서 발생한다.null

이러한 유형의 지속 전류는 중경상 저온 효과로, 금속계의 크기가 전자 양자상 공진 길이와 열 길이로 줄어들면 전류의 크기가 눈에 띄게 된다.지속적인 전류는 온도가 증가함에 따라 감소하며 툴레스 온도라고 알려진 온도 이상으로 기하급수적으로 사라진다.이 온도는 회로 직경 제곱의 역순으로 스케일링된다.^[3]이에 따라 금속(Au, Ag, ...) 나노입자와 같은 나노미터 금속 구조에서 상온 이상으로 지속적인 전류가 흐를 수 있다는 주장이 제기되었다.이 가설은 금과 다른 금속으로 만들어진 나노 입자의 단일한 자기 성질을 설명하기 위해 제시되었다.^[5]초전도체와 달리, 이러한 지속 전류는 0자기장에서 나타나지 않는다. 전류가 양과 음의 값 사이에서 대칭적으로 변동하기 때문이다. 자기장은 그 대칭을 깨고 0이 아닌 평균 전류를 허용한다.개별 링의 지속 전류는 장애 구성과 같은 제어되지 않는 요인으로 인해 대체로 예측이 불가능하지만, 약간의 편향성을 가지고 있어 장애 구성이 다른 지휘자의 앙상블에도 평균 지속 전류가 나타난다.^[6]null

이러한 종류의 지속 전류는 마커스 뷔티커, 요셉 임리, 롤프 란다워에 의해 1983년에 마이크로미터 스케일 링에서 실험적으로 관측할 수 있을 것으로 처음 예측되었다.^[7]그 효과는 전체 링 주위의 전자의 위상 일관성을 요구하기 때문에, 링이 전류계에 의해 방해될 때 전류를 관측할 수 없으므로, 전류를 자성을 통해 간접적으로 측정해야 한다.실제로 모든 금속은 드 하스-반 알펜 효과, 코어 직경, 란도 직경, 파울리 파라메틱의 조합으로 자기장에서 어느 정도 자성을 나타내며, 모두 금속의 형태에 관계없이 나타난다.지속 전류에서 발생하는 추가 자화는 연결된 고리 모양과 함께 강해지고, 예를 들어 고리를 절단하면 사라진다.^[6]null

지속 전류의 관측에 대한 실험 증거는 1990년에 초전도성 공명기를 사용하여 일련의 구리 고리를 연구하기 위해 Bell 연구소의 연구 그룹에 의해 처음 보고되었다.^[8]초전도 공진기와 초전도 양자 간섭 소자(SQUids)로 알려진 극도로 민감한 자력계를 사용한 후속 측정은 일관되지 않은 결과를 낳았다.^[9]2009년, SQUID^[10] 스캐닝을 사용하는 스탠포드 대학 물리학자와 마이크로 전자기계 캔틸레버를^[3] 사용하는 예일 대학의 물리학자들은 각각 나노스케일 금과 알루미늄 고리의 지속 전류 측정을 보고했는데, 이 두 가지 모두 비 상호작용 전자에 대한 단순한 이론과 강한 일치성을 보였다.null

"이러한 것들은 우리가 일반적으로 저항기로 생각하는 평범한 비초전도 금속 고리들이지만, 이러한 전류는 인가된 전압이 없어도 영원히 흐를 것이다."

— Jack Harris, Associate Professor of Physics and Applied Physics at Yale.

2009년 측정에서는 둘 다 이전 측정보다 영구 전류에 대한 감도가 더 높았으며 영구 전류 검출에 대한 몇 가지 다른 개선사항을 보고했다.스캔 SQUID는 링 샘플에 상대적인 SQUID 검출기의 위치를 변경하는 기능을 통해 하나의 샘플 칩에서 많은 링을 측정하고 배경 잡음에서 전류 신호를 더 잘 추출할 수 있었다.캔틸레버 검출기의 기계적 검출 기법은 넓은 범위의 자기장에 걸쳐 깨끗한 전자기 환경에서 고리를 측정할 수 있게 했으며, 샘플 칩 하나에 여러 개의 고리를 측정할 수도 있게 했다.^[11]null

참고 항목

참조