이 문제에 대한 Dewar의 초기 작업은 약 16K로 냉각된 은과 금 샘플에 대한 것이었고 Matthiessen이 옳을 수도 있다는 징후가 이미 있었습니다. 한 가지 문제는 불순물이 항상 존재하고 이것이 전자를 산란시키는 경로를 제공하여 어떤 양의 냉각도 우회할 수 없는 방식으로 저항을 증가시킨다는 것입니다.
Dewar의 초기 작업
이것은 금속의 본질적인 거동을 결정하기 위해 매우 순수한 샘플을 사용해야 했습니다.
제한 요인이 금속의 불순물 함량임이 분명했기 때문에 Onnes는 가능한 한 순수하게 만들기 위해 반복적으로 증류할 수 있는 액체 금속인 수은에 집중하기로 결정했습니다. 수은 와이어를 만들기 위해 그의 기술자는 매우 미세한 U자형 유리 모세관을 만든 다음 조심스럽게 얼렸습니다. 모세관은 양쪽 끝에 전극이 있어 전류를 통과시키고 다양한 온도에서 저항을 따를 수 있습니다. 이 샘플은 Onnes가 새로 발견한 액체 헬륨을 사용하여 냉각되어 Dewar가 얻을 수 있는 것보다 훨씬 낮은 온도에 도달할 수 있었습니다. 그러나 수은의 저항이 매우 낮기 때문에 실험이 쉽지 않았고 Onnes와 그의 팀은 신중하고 체계적으로 진행해야 했습니다.
액체 헬륨의 끓는점
1911년의 실험은 수은 샘플이 액체 헬륨의 끓는점(4.2K) 아래로 천천히 냉각되었을 때 수은의 저항이 갑자기 사라진다는 것을 보여주었다. Onnes는 이것을 그의 실험 장치에 나타나는 단락으로 설명했지만 반복적인 시도는 명백한 실험 인공물을 제거하는 데 실패했습니다. 실수를 한 후에야 빛이 밝아졌습니다. 한 번의 시도 에서 헬륨의 증기압을 유지하기 위해 밸브 조정 을 담당하는 하급 보조원이 저온 유지 장치의 온도를 제어했습니다 . 조수가 고개를 끄덕이자 온도가 오르기 시작했고 갑자기 수은의 저항이 다시 나타났습니다. Onnes는 제로 저항 상태가 실험적 인공물이 아니라 일단 수은이 특정 임계 온도 아래로 냉각되면 설정된 수은의 실제 상태임을 깨달았습니다. 그는 초전도성을 발견했습니다.
Onnes의 실험 데이터는 그림 7에 나와 있으며 금은 Matthiessen이 예측한 방식(불순물의 영향으로 인해 저항이 떨어지고 일정한 값에서 수평을 유지함)으로 작동하는 반면 수은 샘플의 저항은 고온에서는 훨씬 더 극적으로 떨어집니다.
Temperature (K)
0
0
0.01
0.02
5
10
Resistance
Mercury
Gold
15
20
Temperature (K)
0
0
0.01
0.02
5
10
Resistance
Mercury
Gold
15
20
초전도를 하지 않는 금과 초전도를 하는 수은의 측정된 저항을 보여주는 Onnes의 실험 결과
약 4K 이하에서 그가 깨닫기 시작한 것은 놀라운 초전도 소실 트릭이었습니다.
첫 번째 단계
물론 제로 저항 상태를 결정하는 것은 어렵습니다. Onnes는 그가 확립한 모든 것은 그의 수은 샘플의 저항이 측정할 수 없을 정도로 낮은 값으로 갑자기 떨어졌다는 것뿐이라는 것을 깨달았습니다. 결국, 욕실 저울에 소금 한 알을 올려놓으면 어떤 변화도 느끼지 못할 것입니다. 당신의 욕실 저울). 그럼에도 불구하고, 관찰할 수 있는 감소 없이 초전도 회로를 통과하는 전류의 능력은 Onnes가 곧 시연할 수 있었던 것으로, 초전도 상태가 매우 놀라운 것이라는 설득력 있는 증거였습니다. Onnes는 처음 발견한 지 몇 달 만에 임계 온도에서 수은의 저항이 적어도 100억 배 감소한다는 것을 보여줄 수 있었습니다.