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상온 초전도체란 전기 저항이 없는 물질을 말한다. 이런 물질은 보통 극저온이나 고압의 환경에서만 발견된다. 하지만 2023년 7월 27일 한국 과학기술계에 따르면 이석배 퀀텀에너지연구소 대표와 오근호 한양대 명예교수가 이끄는 연구진이 상온과 상압에서도 초전도성을 갖는 물질을 개발했다고 논문 사전 공개 사이트 '아카이브'에 논문을 발표했다. 이 논문은 아직 동료 연구자들의 검증을 받지 않은 상태이고, 과학계에서는 의구심과 회의론이 많다. 만약 이 연구가 사실로 밝혀진다면 전기 손실이 없는 초고효율 전력망과 양자 컴퓨터 등의 혁신적인 기술을 가능하게 할 수 있다. 그러나 이전에도 비슷한 주장을 한 연구가 논문을 철회하거나 재현 실패하는 경우가 있었기 때문에 신중한 태도가 필요하다고 한다.
상온상압에서 초전도성을 가지는 납, 아파타이트 구조 초전도체 논문
이 논문은 납-아파타이트 구조를 가진 물질이 상온과 상압에서도 초전도성을 나타낸다고 주장한다. 저자들은 납과 수소, 산소, 질소로 이루어진 화합물을 다이아몬드 모루로 압착하고 열처리하여 납-아파타이트 구조를 만들었다.
그리고 이 구조를 전기적으로 측정하여 저항이 0에 가까워지는 영역을 발견한다. 저자들은 이 영역이 초전도 상태임을 주장하며 이론적으로 설명하기 위해 포논과 스핀 플럭투에이션의 역할을 고려한 모델을 제시한다. 이 논문은 아카이브라는 사전공개 사이트에 올라와 있으며, 아직 검증을 받지 않은 상태이다.
상온 초전도체(LK-99) 개발을 위한 고찰 논문 - 퀀텀에너지연구소
이 논문은 기존의 초전도 현상을 바라보는 물리학자들의 생각의 흐름과 한계들을 살펴보고, 통계 열역학적 액체론의 관점에서 제시한 이론적 배경을 통해 상온 상압 초전도체가 개발될 수 있음을 알렸다. 저자는 BCS 이론과 같은 기존의 초전도 이론들이 전자-전자 상호작용만을 고려하고, 전자-양자장 상호작용은 무시한다는 점에서 한계가 있다고 지적했다.
그리고 전자-양자장 상호작용을 고려한 통계 열역학적 액체론을 소개하고 이를 통해 상온 상압에서도 전자쌍 결합이 가능하다고 주장한다. 저자는 자신의 이론이 철-기반 초전도체와 같은 비정규 초전도체에도 적용될 수 있다고 말하며, 실험적으로 검증할 수 있는 방법들을 제안했다.
상온에서 초전도체가 상용화되면 크게 달라지는 일상의 변화 TOP 5
TOP 1 - 첫 번째 전력 손실이 없어진다.
전기 저항이 없는 초전도체를 전선으로 사용하면 발전소에서 집까지 전기가 전달되는 동안 전력의 손실이 없어진다. 이는 에너지 효율을 크게 높여줄 뿐만 아니라 탄소 배출량을 줄여 지구의 현재 문제인 환경 문제를 크게 해결하는 것에 도움이 된다.
TOP 2 - 두 번째 자기부상열차가 상용화된다.
초전도체는 완전 반자성을 띠기 때문에 자석과의 상호작용으로 허공에 떠 있을 수 있다. 이 원리를 이용한 자기부상열차는 기존의 철도보다 훨씬 빠르고 안전하게 운행될 수 있다. 이미 일본과 중국 등에서는 자기부상열차의 시범운행을 하고 있지만 상온 초전도체가 개발된다면 보다 저렴하고 편리하게 자기부상열차를 제작 가능하게 되며 대중들이 지하철을 이용하는 것처럼 된다는 뜻이다.
TOP 3 - 세 번째 핵융합 발전이 현실화된다.
핵융합 발전은 태양과 같은 원리로 막대한 양의 에너지를 생산하는 방식이다. 하지만 핵융합 반응을 일으키기 위해서는 매우 높은 온도와 압력이 필요하며, 이를 제어하기 위해서는 강력한 자기장이 필요하다. 초전도체는 자기장을 생성하는 코일에 사용된다. 상온 초전도체가 개발된다면 핵융합 반응을 효과적으로 제어하고 안정화시킬 수 있다. 핵융합 발전은 거의 오염물질을 배출하지 않으며, 원자력 발전보다 안전하고 효율적인 에너지원으로 평가되고 있다.
TOP 4 - 네 번째 양자 컴퓨터가 대중화된다.
양자 컴퓨터는 기존의 컴퓨터보다 훨씬 빠르고 정확하게 복잡한 문제를 해결할 수 있는 컴퓨터이다. 하지만 양자 컴퓨터는 외부의 영향에 매우 민감하기 때문에, 극저온 환경에서만 작동할 수 있다. 초전도체는 양자 컴퓨터의 핵심 부품인 양자 비트를 만드는 데 사용되는데 상온 초전도체가 개발된다면 양자 컴퓨터를 보다 쉽게 구축하고 유지할 수 있게 된다. 양자 컴퓨터는 인공지능, 암호학, 재료 과학 등 다양한 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대된다.
TOP 5 - 다섯 번째 의료기기가 업그레이드된다.
초전도체는 자기공명영상장치(MRI)와 같은 의료 기기에 이미 사용되고 있다. MRI는 인체 내부의 조직과 기관을 자기장을 이용해 시각화하는 기술이다. 초전도체는 MRI의 자기장을 생성하는 코일에 사용되는데 상온 초전도체가 개발된다면 MRI의 성능과 정밀도를 향상할 수 있을 것이다. 또한 초전도체는 신경과학에서도 활용될 수 있다. 예를 들어 초전도체를 이용한 뇌파 측정 장치는 뇌의 활동을 정밀하게 분석하고, 뇌와 컴퓨터의 인터페이스를 구현할 수 있다.
오늘 이슈가 된 상온 초전도체에 대한 내용은 이석배 교수와 김지훈 대학원생이 1999년에 발견했다고 주장하고, 해당 물질이 'LK-99'이다. 당시 발견만 하고 어떤 원리고 만들 수 있는지 몰라서 고민하고 연구하다가 2018년도에 펀딩을 받고 다시 본격적으로 연구를 했다. 계속 20년 넘게 제작공정을 비밀에 부치고 실험을 엄청나게 하다가 이제 LK-99를 만드는 방법을 찾아냈다고 하는 내용이 주요 골자이다.
이슈 거리가 되었지만 조금 국뽕이 차오른다. 하지만 다른 나라에서는 이번 한국의 상온 초전도체 개발에 대한 논문을 조금 회의적으로 보고 있고, 과거 유명한 줄기세포로 유명한 황우석 사태도 있었기 때문에 국내에서도 조금 조심스러운 분위기가 연출된다.
상온 초전도체 물질을 인류가 만들 수 있다면 인류는 미래 SF 영화에 나오는 것들을 모두 현실화할 수 있게 된다. 이것을 한국이 개발했고 정말 만들 수 있으면 우리나라는 강대국이 될 것이다. 최근 영화 아바타에서도 인간은 초전도체를 채굴하기 위해서 나비족 행성을 침공하는 주제였는데 그만큼 초전도체에 대한 핵심 기술을 가진다면 혁명적인 발견을 하고 노벨상을 받는 것은 당연한 결과 일 것이다.
지켜보는 재미는 솔솔 할 것 같다.
글 내용 참조 기사 등 출처 정보 :
https://biz.chosun.com/science-chosun/science/2023/07/27/CYOH5RGWHVDGDAJSJDW5S4SKXE/