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'''이붕화 마그네슘'''(Magnesium diboride, MgB<sub>2</sub>)은 저렴하고 간단한 구조를 가진 [[초전도체]]이다. 이 물질이 최초로 합성되고 구조가 분석된 것은 1953년이었으나<ref>{{저널 인용| title = The Preparation and Structure of Magnesium Boride, MgB2 | author = Morton E. Jones and Richard E. Marsh
 | journal = Journal of the American Chemical Society | volume = 76| pages = 1434–1436 | date = 5 Mar 1954 | doi = 10.1021/ja01634a089}}</ref>, 2001년이 될 때까지 초전도를 보인다는 사실이 알려지지 않았다. 때문에 이붕화 마그네슘의 초전도성이 2001년 3월 《[[네이처]]》의 논문<ref>{{저널 인용| format = letter | title = Superconductivity at 39 K in magnesium diboride | author = Jun Nagamatsu, Norimasa Nakagawa, Takahiro Muranaka, Yuji Zenitani and Jun Akimitsu | journal = [[네이처]] | volume = 410 | pages = 63–64 | date = 1 Mar 2001 | doi = 10.1038/35065039}}</ref>에 의해 발견되자 상당한 흥분을 자아냈다. 이붕화 마그네슘의 초전도 상전이 [[임계 온도]](''T''<sub>c</sub>)는 39 K이었다. 이 온도는 ([[고온 초전도체]]가 아닌) [[일반 초전도체]] 중에서는 최고로 높은 것이었다.

([[포논]]의 개입으로 초전도 현상이 일어나는) 일반적인 초전도체로 생각됨에도 불구하고, MgB<sub>2</sub>는 그 중에서 특이한 경우로 생각된다. MgB<sub>2</sub>의 전자 구조는 행동 양상이 다른 두 개의 전자로 [[페르미 레벨]](Fermi level)이 이루어져 있는 것으로 생각되며, 그 중의 하나([[시그마 결합]])는 다른 하나([[파이 결합]])보다 훨씬 더 강한 초전도를 보인다. 이것은 모든 전자가 같은 방식으로 행동한다고 가정하는 일반적인 초전도체 이론에서는 이상한 일이다. 그러나 현재 MgB<sub>2</sub>는 두개의 s 파동 에너지 갭으로 이해할 수 있다. 2001년에는 MgB<sub>2</sub>가 고온 ''T''<sub>c</sub> 구리계 초전도체보다는 저온 ''T''<sub>c</sub> 금속으로 취급되었다.<ref name="autogenerated1">[http://arxiv.org/abs/cond-mat/0102216 [cond-mat/0102216&#93; Strongly linked current flow in polycrystalline forms of the new superconductor MgB2</ref>

== 합성 ==
이붕화 마그네슘은 몇가지 방법으로 합성될 수 있다. 가장 간단한 방법은 고온에서 [[붕소]]와 [[마그네슘]] 분말을 반응시키는 것이다.<ref name="autogenerated1" /> 합성은 650&nbsp;°C에서 일어난다. 그러나, 마그네슘이 652&nbsp;°C에서 녹기 때문에, 이 반응 메커니즘은 마그네슘 증기가 붕소 간의 결정 경계에[[확산]]됨에 의해 감속되는 것으로 생각된다. 일반적인 반응 온도에서는 충분한 재결정화가 결정 간의 Josephson [[양자 터널링]](quantum tunneling)을 가능하게 만든다 해도 [[소결]]은 최소화된다.

초전도 이붕화 마그네슘 전선은 [[powder-in-tube]](PIT) 공법으로 생산될 수 있다. MgB<sub>2</sub>를 내부에서 만드는 방식의 공법에서는 붕소와 마그네슘의 혼합물이 금속 듀브에 넣어진 뒤, 전통적인 ‘전선을 잡아 늘이는’ 방식으로 전선의 직경을 줄인다. 그런 뒤 전선은 반응 온도까지 가열되어, 내부에서 MgB<sub>2</sub>가 형성되게 한다. MgB<sub>2</sub>를 먼저 만드는 방식의 공법에서는 MgB<sub>2</sub> 분말이 튜브에 채워지고, 직경을 감소시킨 뒤, 800&nbsp;°C~1000&nbsp;°C에서 소결시킨다. 두 경우 모두 공정 후에 약 950&nbsp;°C 정도에서 등압 압착(isostatic pressing)을 하면 성질이 좋아진다.

[[혼성 물리-화학 증기 증착법]](Hybrid Physical-Chemical Vapor Deposition, HPCVD)은 MgB<sub>2</sub> 박막을 만드는 데 가장 효율적인 방법이다.<ref>{{저널 인용| title = MgB<sub>2</sub> thin films by hybrid physical-chemical vapor deposition | author = X.X. Xi et al, | journal = Physica C | volume = 456 | pages = 22–37 | date = 14 February 2007 | doi = 10.1016/j.physc.2007.01.029}}</ref> 다른 방식으로 증착된 MgB<sub>2</sub> 박막의 표면은 보통 거칠고 조성이 맞지 않는다. 반면 HPCVD 방식으로는 초전도 전기 회로에 필수적인 요소인 [[Josephson effect|조셉슨 접합]](Josephson junctions)을 균질하게 만드는 데 요구되는, 표면이 부드러운 좋은 품질의 고순도 MgB<sub>2</sub> 박막을 만들 수 있다.

== 전자기적 성질 ==
MgB<sub>2</sub>의 성질은 제조 방법과 조성에 크게 좌우된다. 층상 구조이기 때문에 많은 성질들이 비등방성을 보인다. 결정 경계에 산화물 등이 있는 ‘더러운’ 샘플의 성질이 ‘깨끗한’ 샘플과 다르다.<ref name="Eisterer">{{저널 인용|doi=10.1088/0953-2048/20/12/R01|title=Magnetic properties and critical currents of MgB<sub>2</sub>|year=2007|author=Eisterer, M|journal=Superconductor Science and Technology|volume=20|issue=12|pages=R47|bibcode = 2007SuScT..20R..47E }}</ref>.

''T''<sub>c</sub>는 39 K에 이르며, 자기장을 증가시켰을 때 자기장이 시료 표면을 점차 투과한다는 점에서 [[제 2종 초전도체]]이다. 자기장 내에서의 최대 임계 전류(''J''<sub>c</sub>)는 20 T에서 10<sup>5</sup> A/m², 18 T에서 10<sup>6</sup> A/m², 15 T에서 10<sup>7</sup> A/m², 10 T에서 10<sup>8</sup> A/m², 5 T에서 10<sup>9</sup> A/m²이다.<ref name="Eisterer"/>

2008년 당시:
[[한계 임계 자기장]] (''H''<sub>c2</sub>): (''ab'' 면에 평행) 약 14.8 T, (''ab''면에 수직) 약 3.3 T, 박막의 경우 74 T, 섬유 형태의 경우 55 T<ref name="Eisterer"/>.

=== 도핑에 의한 개량 ===
MgB<sub>2</sub>에 다양한 방법(예: [[폴리비닐 아세테이트]]에 사과산 10%<ref>http://arxiv.org/abs/0708.3885 Carbon doping MgB<sub>2</sub> with PVA</ref>)들로 탄소를 도핑하면 한계 임계 자기장과 최대 전류 밀도를 높일 수 있다.
<ref>Significant enhancement of ''H''<sub>c2</sub> and Hirr in MgB<sub>2</sub>+C<sub>4</sub>H<sub>6</sub>O<sub>5</sub> bulks at a low sintering temperature of 600&nbsp;°C.
M S A Hossain, J H Kim, X Xu, X L Wang, M Rindfleisch, M Tomic, M D Sumption, E W Collings and S X Dou.
Supercond. Sci. Technol. 20 No 8 (August 2007) L51-L54
http://www.iop.org/EJ/article/0953-2048/20/8/L03/sust7_8_L03.pdf{{깨진 링크|url=http://www.iop.org/EJ/article/0953-2048/20/8/L03/sust7_8_L03.pdf }} (18 refs)</ref>
<ref>http://www.iop.org/EJ/article/0953-2048/20/6/L02/sust7_6_L02.pdf{{깨진 링크|url=http://www.iop.org/EJ/article/0953-2048/20/6/L02/sust7_6_L02.pdf }} The excellent superconducting properties of in situ powder-in-tube processed MgB<sub>2</sub> tapes with both ethyltoluene and SiC powder added.
H Yamada, N Uchiyama, A Matsumoto, H Kitaguchi and H Kumakura.
Supercond. Sci. Technol. 20 No 6 (June 2007) L30-L33
 (16 refs)</ref>

탄소를 5% 도핑하면 ''H''<sub>c2</sub>를 16 T에서 36 T로 높일 수 있다. 반면 임계 온도 ''T''<sub>c</sub>는 39 K에서 34K으로 낮아질 뿐이다.
<ref>http://www.azom.com/details.asp?articleID=2542 MgB<sub>2</sub> Properties Enhanced by Doping with Carbon Atoms</ref>.
한계 임계 전류 밀도는 줄어들지만 (''J''<sub>c</sub>) TiB<sub>2</sub>로 도핑하면 그 감소를 줄일 수 있다.(see prev ref). (MgB<sub>2</sub>를 Ti로 도핑하는 것은 특허가 되어있다.<ref>http://www.freepatentsonline.com/6953770.html US Patent 6953770</ref>)

자기장에서의 최대 전류 밀도(''J''<sub>c</sub>)는 ZrB<sub>2</sub>를 도핑함에 따라 크게 높아진다.<ref>http://scholar.ilib.cn/Abstract.aspx?A=kxtb-e200621018 {{웹아카이브|url=https://archive.today/20120215030242/http://scholar.ilib.cn/Abstract.aspx?A=kxtb-e200621018 |날짜=2012-02-15 }} Doping effects of ZrC and ZrB<sub>2</sub> in the powder-in-tube processed MgB<sub>2</sub> tapes</ref>.

== 열 전도도 ==
MgB<sub>2</sub>는 다중 갭 초전도체이다. 즉, 페르미 표면에 다른 크기의 초전도 에너지 갭이 있다. MgB<sub>2</sub>에서 붕소의 시그마 결합은 강하고 큰 s-파동 초전도 갭을 유도한다. 반면 파이 결합은 약하고 작은 s-파동 초전도 갭을 유도한다.
큰 갭의 와동(vortex)의 준입자 상태는 와동 핵심에 강하게 묶여 있다. 한편으로는, 작은 갭의 준입자 상태는 와동 핵심에 약하게 묶여 있다. 고로 작은 준입자 상태는 비국지화되고 주변의 와동과 쉽게 중복된다.

== 각주 ==
<references/>

== 외부 링크 ==
* {{위키공용분류-줄}}

{{전거 통제}}

[[분류:초전도체]]
[[분류:붕화물]]
[[분류:마그네슘 화합물]]
[[분류:비화학량론적 화합물]]