상온 초전도체 LK-99, 도대체 초전도 현상과 특징은 무엇인가

국내 연구진들이 세계를 발칵 뒤집었습니다. 바로 꿈의 물질이라고 불리는 상온 초전도 물질 개발에 성공한 것입니다. 바로 LK-99라는 합성물질입니다. 이 물질은 상온에서도 초전도 현상을 보이는 물질이라고 논문에서 밝혔습니다. 이것이 사실이라면 엄청난 과학기술의 발전이며 노벨상은 바로 확보라고 합니다.

경제는 생산성의 비약적인 발전으로 성장합니다. 지금 시대에 생산성의 발전은 토지, 노동력, 자본 보다 과학 기술에 의존하는 측면이 훨씬 강합니다. 따라서 이것이 사실이라면 한국은 미래사회에서 세계적인 경제 강국이 될 것입니다.

마이스너 효과로 인하여 공중에 뜬 초전도 물체
공중에 뜬 초전도물체, 출처: 위키백과

초전도 현상이란

전도라는 것은 전기가 흐르는 것을 의미합니다. 우리는 물체를 도체 부도체, 즉 전기가 흐르는냐 흐르지 않느냐로 구분할 수 있습니다. 전기가 흐르는 도체 물질은 철, 구리, 은 등 많은 것들이 있으며 물질마다 상온에서 저항값이 다 다릅니다. 저항이라는 것은 전류 즉, 에너지의 흐름을 방해하는 것입니다. 저항이 클수록 전류의 흐름을 많이 방해하기 때문에 열 에너지로 전환되는 등 에너지 손실이 발생합니다.

그렇다면 초전도현상이라는 것은 도체에서 일반적으로 발생하는 전류의 흐름이 일반적인 흐름을 초월하는 것을 말합니다. 이것은 저항이 ‘0’이 되는 것을 말합니다. 저항이 0에 가깝게 되는 것이 아니고 아예 無임을 의미하는 것이 바로 초전도현상입니다.

초전도 현상은 특정 물체를 특정 온도 이하로 낮췄더니 나타나는 현상에서 처음 발견되었습니다. 이 특정 온도를 임계 온도라고 하는데, 이 임계온도가 상상을 초월할 정도로 낮기 때문에 초전도현상을 실제로 사용하는 것은 그렇게 많지 않습니다.

일상생활에서 초전도체

초전도 현상이 꿈의 현상이라고 하는 것은 일상적인 온도에서 초전도 현상이 나타나게 하는 것이 핵심입니다. 초전도 현상이 나타나는 온도를 초전도 임계온도라고 했는데 이 엄청나게 낮은 온도를 높이는 것이 바로 과학기술의 발전이자 위대한 발견이 되는 것입니다. 그러니까 아주 낮은 온도에서는 초전도 현상이 발생하기 때문에 우리는 초전도 현상을 이용하기 위해서 온도를 임계 온도 이하로 낮추어야만 실제 사용이 가능했습니다.

  • MRI
    대표적으로 초전도 현상을 이용한 것이 바로 MRI입니다. 자기공명영상이라고 하는 것인데 엄청나게 높은 자기장 안으로 우리가 들어가게 됩니다. 높은 자기장은 인체에 고주파를 쏘아 신체부위 조직별로 나타나는 신호의 차이를 영상으로 만든 것입니다. 이 엄청나게 높은 자기장을 일으키기 위해서 초전도 현상을 이용하여 에너지 효율을 극대화하는 것입니다.
  • 자기부상열차
    자기부상열차도 초전도 현상을 이용한 것이라고 할 수 있습니다. 저항값이 제로가 되면 고등학교 물리시간에 배우는 마이스너 효과로 자기장을 이용해 초전도물체를 공중으로 띄울 수 있습니다. 이 현상을 이론적으로 이용한 것이 바로 자기부상열차로 공중에 뜬 상태로 이동하는 혁신적인 열차였습니다. 하지만 지금까지 초전도 현상은 임계온도가 극한으로 낮기 때문에 실제 사용으로 이용하는데에는 어려움이 있었습니다.
  • 영화 아바타 속 언옵테늄
    감명 깊게 본 영화 아바타에서도 상온 초전도물질이 나온다고 합니다. 인간은 이 초전도 물질이느 언옵테늄을 빼앗기 위해 나비족을 공격합니다. 언옵테늄이 초전도 물질을 암시하는 여러 장면이 있는데 날아다니는 섬이나 조그마한 물체가 공중에 떠 있는 영상에서 알 수 있습니다.

초전도체 역사

초전도 현상이 처음 발견된 것은 1908년 카메를링 오너스에 의해서입니다. 이 네널란드 과학자는 수은을 연구하다가 온도를 점점 내리니 저항이 내려가는 것을 확인했습니다. 이에 온도를 더 내리니 영하 271도에서 아예 저항이 ‘0’으로 뚝 떨어지는 것을 발견한 것입니다. 하지만 아쉽게도 이것을 이론적으로 설명하지는 못했고 단지 이런 현상을 확인하는 수준이었습니다.

이후 초전도 현상에 대한 이론은 명확하게 밝혀진 것은 없습니다. 특정 온도 이하에서 저항이 ‘0’이 되는 것을 기초적으로 기술한 논문인 BCS논문 정도로 확인됩니다.

초전도체 특징

  1. 에너지 효율
    앞서 말했듯이 저항 값이 제로면 에너지 손실이 없어집니다. 전기를 송출할 때 저항값이 낮은 구리 등을 사용하는 것도 에너지 손실을 줄이기 위함입니다. 초전도체를 이용하면 아주 먼 거리에서도 전력손실 없이 전기에너지를 보낼 수 있습니다. 그리고 저항이 존재하면 발열 등 에너지 손실이 발생하는데 초전도체는 발열 등 문제도 해결할 수 있습니다.
  2. 마이스너 효과
    마이스너 효과란 초전도 물체에서 관찰되는 현상입니다. 물체속 전자의 이동으로 인해 내부 자기장이 외부로 밀려나가 외부의 자기장 영향을 받지 않게 됩니다. 따라서 외부 자기장이 존재하는 공간에서 이 초전도물질은 공중에 뜨게 되는 것입니다.

국내 논문 해외 반응

국내 고려대 연구팀이 발표한 상온 초전도물질 LK-99에 대한 반응이 상당히 회의적이라고 합니다. 대표적인 과학 학술지 사이언스지에서는 논문의 세부사항이 빈약하다는 것을 지적했습니다. 또한 국내 연구자들에게 던진 사이언스지의 논평 요청에도 대답을 하지 못했다고 합니다. 미국 아르곤국립연구소 연구원인 마이클 노먼은 이 논문에 대해서 데이터가 수상하다는 의혹을 제기했으며 국내 연구자들을 아마추어 취급했다고 합니다.

그럼에도 불구하고 세계 과학자들은 초전도 물질인 LK-99를 합성하기 위해 날밤을 새고 있다고 합니다. 왜냐하면 발표한 논문에는 초전도 물질 LK-99를 합성하는 방법이 아주 구체적으로 나와 있기 때문이라고 합니다. 그래서 다들 이 물질이 진짜 상온 초전도물질인지 확인하기 위해 연구를 하고 있으며 그 결과는 1주일 안으로 나온다고 합니다. 따라서 다음주에는 국내 연구팀이 노벨상을 받게 딜지 세계적 망신을 사게 될 지 알 수 있을것이라고 합니다.

상온 초전도체

그러는 중 세계 곳곳 연구소에서 국내 논문를 토대로 한 초전도체 물질에 성공했다는 뉴스가 나오고 있어 더욱 주목 받고 있습니다.

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