초전도체(超傳導體)

▲ “사실이면 노벨상”...‘LK-99’ 상온 초전도체 진위 논란 ▲

‘LK-99’ 뜨거운 논쟁

‘꿈의 물질’로 불리는 상온 초전도체를 우리나라 연구진이 개발했다는 논문이 발표되며 뜨거운 논쟁이 일었다. 전기저항이 사라지고, 물건을 공중에 띄울 수 있다는 초전도현상을 상온(常溫)·상압(常壓)에서 구현하는 물질을 개발했다는 연구 결과가 사실이라면 ‘노벨 물리학상 직행’이라는 말이 나오지만 검증이 완료되기 전까지 믿기 어렵다는 반응도 적지 않다.

고려대와 민간연구소기업 권텀에너지연구소는 지난 7월 22일 논문 사전 공개 사이트인 아카이브(arXiv)에 ‘The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor’(최초의 상온·상압 초전도체)라는 제목의 논문 원고를 실어 ‘LK-99’라는 상온 초전도체를 소개했다. 저자는 고려대 출신의 회사 대표 이석배 박사, 김지훈 박사, 권영완 고려대 연구교수다.

논문에 따르면 이들이 만들어낸 초전도물질은 섭씨 30도, 1 기압 상태에서 전기저항이 0에 가깝고, 약하지만 자석을 밀어내는 반자성(反磁性) 현상도 띄고 있다. 연구진은 LK-99가 자석 위에서 반쯤 떠 있는 동영상도 공개했다.

해당 논문은 동료 평가를 거치지 않은 논문을 빠르게 공개할 수 있는 논문 공개 사이트 아카이브에 올라왔다. 8월 1일 미국 로렌스버클리국립연구소(LBNL)가 ‘이론적으로 가능하다’라는 시뮬레이션 결과를 공개하며, 전 세계가 이 논문에 관심을 보내기 시작했다.

초전도체 발견의 의미는?

초전도 물질은 전기저항이 0이며, 내부 자기장으로 공중에 뜰 수 있다. 전기저항이 0인 물질로 전기선을 만들면 전력손실이 없다. 이 때문에 아무리 먼 곳일지라도 무손실 전송이 가능해진다. 또 저항이 없기 때문에 이 물질로 PC를 만들면 냉각팬이 필요 없고, 현재 양자컴퓨터의 크기가 획기적으로 작아질 수 있다.

또 마이너스 효과를 통해 물체를 공중에 띄울 수 있다. 이 같은 초전도 현상을 활용해 자기부상열차와 핵융합발전에 쓰일 수 있다. 우리가 자주 활용하는 자기 공명영상(MRI) 촬영비용이 매우 저렴해질 수 있다. 지금까지 세계 과학자들이 발견한 초전도 현상은 절대 온도인 영하 269도나 초고압 상태에서 나타났다. 일반적인 기압이나 온도에서도 초전도 현상이 일어날 수 있는 물질을 만들기 위한 연구가 이어졌지만 번번이 실패했다. 상온 초전도체 관련 각종 글이 SNS에 퍼지며 일반인들의 관심도 폭발적이었다. 주식시장에서도 초전도체 관련주 주가가 요동쳤다.

해외 연구진 검증 “회의적”

한편, 해외 연구진은 ‘LK-99가 초전도체가 아닐 가능성이 크다’는 검증 결과를 잇달아 내놓았다. 워싱턴포스트(WP)는 “각국 과학자들의 연구와 실험을 거치며 LK-99는 초전도체가 아닌 단순자석으로 판명 중”이라고 지적했다. 새로운 물질을 검증한 결과 초전도체의 두 가지 특징인 전기 저항 제로, 물체가 자기장을 외부로 밀어내는 마이스너 효과 두 가지 모두 불충분하다는 결론이 속속 나왔다고 전했다.

■ 초전도체(超傳導體)

초전도체란 전기 저항이 0이 되면서 전류가 장애 없이 흐르며, 반대 방향의 자기장을 형성해 반발력을 지니는 반자성 효과를 나타내는 물질이다.

1911년 네덜란드 물리학자 카멜린 온네스가 수은의 전기저항을 측정하는 실험을 하다가 절대온도 4.2K(섭씨 영하 268.8도)에서 전기저항이 갑자기 없어지는 현상을 발견하고,  이를 ‘초전도 현상’(superconductivity)이라고 표현했다.

■마이스너 효과(Meissner effect)

마이스너 효과는 물질이 초전도 상태로 전이되면서 물질의 내부에 침투해 있던 자기장이 외부로 밀려나는 현상을 말한다. 

초전도체를 자석 위에 놓으면 부양하는 이유가 바로 마이스너 효과 때문이다. 

초전도 상태에서는 물질 내부에 자기장이 침투할 수 없다. 이것은 초전도체가 갖는 완전 반자성과 관련이 있으며, 초전도체를 구분 짓는 특징 중 하나이다.

 

-애드윌 시사상식 2023.09-