초전도체가 뭐야? 한국에서 이슈인 이유

 2020년 10월 15일. 물리학 및 과학 기술 분야에서 혁신적인 소식이 전해졌습니다. 과학자들은 드디어 실온에서 매우 원하던 특성을 나타내는 물질을 발견했습니다. 이 물질은 "초전도성"이라고 불리며, 이는 전기 전류가 효율적으로 흐르는 것을 의미합니다. 즉, 전기가 열로 손실되지 않고 완벽하게 전달됩니다. 현재 우리가 생산하는 에너지의 상당 부분이 전기 저항으로 인해 열로 손실되는데, 이러한 초전도성 물질은 전기 그리드 분야에서 혁신을 가져올 수 있는 가능성을 열어둡니다.

초전도체란??

저 온도에서 특별한 조건에서 전기 저항이 완전히 사라지는 현상을 나타내는 물질을 말합니다. 이러한 현상은 영국의 물리학자 헤이저-런던(H. K. Onnes)에 의해 1911년에 처음으로 발견되었습니다. 초전도체의 가장 특징적인 특성은 '영속적인 전류 흐름'과 '완전한 전기 저항 없음'입니다. 이 현상은 반도체와는 달리 저 온도에서만 나타나며, 이를 초전도 전이 온도(Tc)라고 합니다.

초전도체의 동작 원리는 퀀텀 메카닉스의 일종인 '쿠퍼 페어링'에 근거합니다. 쿠퍼 페어링은 전기 저항이 없는 전류 흐름을 설명하는 현상으로, 저 온도에서 원자들이 특정한 형태로 배열되어 전자들이 서로 묶이게 되는 현상입니다. 이로 인해 전자들이 충돌하지 않고 정렬된 방향으로 흐를 수 있게 됩니다.

 

초전도체의 두가지 유형

초전도체는 두 가지 주요 유형으로 나뉩니다. 첫 번째는 1형 초전도체로, 이는 매우 낮은 온도에서만 초전도 상태에 진입하며, 일반적으로 액체 헬륨과 같은 매우 낮은 온도가 필요합니다. 두 번째는 2형 초전도체로, 상대적으로 높은 온도에서도 초전도 상태를 유지할 수 있으며, 액체 질소와 같은 냉매를 사용하여 냉각합니다.

초전도체는 다양한 분야에서 혁신적인 응용 가능성을 가지고 있습니다. 초전도체의 특성을 활용하여 매우 강력한 자기장을 생성하는 '초전도 자석'을 개발할 수 있습니다. 이는 자기 공명 영상(MRI) 장비와 같은 의료 분야에서 사용되어 환자의 내부 구조를 정확하게 관찰하는 데 도움을 줍니다. 또한 초전도체는 전기 전송의 효율성을 향상시킬 수 있어 전력 전송 분야에서도 중요한 역할을 합니다.

이러한 응용 분야 외에도, 초전도체는 핵융합 연구, 고속 철도, 고성능 전자기기 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 하지만 현재까지 초전도체는 저 온도에서만 동작하거나 제조가 어려운 등의 제약 사항도 존재하여 실제 응용에는 여전히 기술적인 어려움이 있습니다.

1911년에 초전도성이 처음 발견된 이후, 이러한 특성을 나타내려면 매우 낮은 온도로 물질을 냉각해야 했습니다. 이는 일종의 제약 요인으로 작용해왔습니다. 그러나 이번에 과학자들은 이러한 초전도성 물질을 실온에서 발견했습니다. 이는 전례 없는 발견으로, 전기 에너지 손실을 크게 줄일 수 있는 혁신적인 가능성을 열어둡니다.

실제로 현재 전기 그리드는 전송과정에서 약 5% 이상의 에너지 손실이 발생합니다. 이러한 에너지 손실을 줄이는 것은 수십억 달러의 절약을 가능케 하며 기후에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

이번 발견을 이끈 팀은 이러한 발견이 이미 100년에 걸친 연구의 결실이라고 강조합니다. 이를 주도한 뉴욕 주의 로체스터 대학교의 란가 디아스 박사는 "낮은 온도의 한계 때문에 이러한 특별한 물질들은 예상한 것처럼 세계를 변화시키지 못했습니다. 그러나 우리의 발견은 이러한 한계를 극복하고 다양한 응용 분야의 가능성을 열어줄 것입니다"라고 밝혔습니다.

이러한 초전도성 물질은 미래에 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다. 일본과 중국 상하이에서 사용되는 "마그레브(Maglev)"열차와 같이 레일 위를 부유하며 움직이는 새로운 형태의 열차나, 더 빠르고 효율적인 전자 기기 등에 적용될 수 있을 것으로 기대됩니다.

이 연구 결과는 세계적으로 권위 있는 학술 저널 '네이처(Nature)'에 발표되었으며, 이를 통해 미래의 에너지 혁신과 기술 발전에 대한 새로운 가능성이 열렸습니다.

 

왜 국내에서 핫한가?

국내 연구진이 개발한 상온상압 초전도체(LK-99)는 세계적으로 주목받는 혁신적인 발견으로, 이론상 가능한 초전도성을 나타내는 논문을 발표했다.

 해외 연구진도 LK-99의 구현을 시도하며 이러한 발표에 긍정적인 반응을 보이고 있으나, 실험 결과는 아직 분석 중으로 확인된다.  중국과 인도 등 일부 연구진은 초전도체가 아님을 주장하며 논란도 있다.

전 세계 과학계가 기대와 회의를 나누며 상온상압 초전도체에 대한 검증 결과에 주목하고 있는 상황이라 초전도체 주식 등 여러 부분에서 크게 주목받고 있다.

결론적으로더 지켜봐야 할것으로 보인다.