상온 초전도체 LK-99 낙관적으로 전망: 데릭 로우 박사

한국의 연구팀이 상온 초전도체 KL-99 물질을 만들어냈다고 논문을 내며 전 세계 과학자들의 눈길을 끌고 있습니다. 그러는 중에 사이언스지 블로그에 게시된 글에 이 실험 결과를 낙관적으로 전망하는 데릭 로우 박사의 의견이 있어 가져와 봤습니다.

최초 게시글 요약

최근 rXiv에 게시된 두 개의 프리프린트는 '실온 초전도체'에 관한 주장과 관련된 연구를 다루고 있습니다. 이 연구들은 고온 초전도체 분야에 긍정적인 혼란을 주었습니다. 한 팀의 연구원들은 납 기반의 구리 도핑 재료 LK-99와 인화동 (Cu3P)이라는 두 가지 화합물을 사용하여 새로운 물질을 합성하였으며, 이 물질이 실내 온도에서 초전도성을 가진다는 주장을 하였습니다. 이 물질의 임계온도는 끓는 물의 온도인 127℃라는 주장은 실제로 이루어진다면, 초전도 기술에 큰 혁신이 될 것이라고 주장했습니다.

이 물질, LK-99가 실제로 실온 초전도체라면, 이는 세상을 바꿀 수 있는 큰 발견이 될 것이며, 분명히 노벨상을 받을 것입니다. 하지만 LK-99가 큰 전류를 전달하는 데 어려움이 있기 때문에, 이를 산업 재료로 사용하는 것은 아직 의문입니다.

 

 

이는 전류 밀도가 상온에서 낮아지는 것이 일반적인 초전도체의 특성 때문입니다. 그럼에도 불구하고, 이 연구가 재현되면 이는 초전도 분야에서 큰 진전을 의미하며, 이로 인해 많은 새로운 기술과 응용 프로그램이 등장할 수 있습니다. 이를테면 전력 생성 및 전송, 안테나, 전력 저장, 자석 응용, 전기 모터 등의 분야에서 사용할 수 있을 것입니다.

대만과 미국의 연구팀에서 초전도성 물질에 대한 새로운 통찰 제공

2023년 8월 1일 기준, 대만의 중국 화중 과학 기술 대학과 미국의 Lawrence Berkeley에서 독립적으로 수행된 연구들이 초전도성 물질에 대한 새로운 이해를 제공하고 있습니다. 초전도성 물질은 매우 낮은 온도에서 발생하며, 많은 연구자들이 더 높은 온도에서 이러한 현상을 발생시킬 방법을 찾는데 초점을 맞추고 있습니다.

 

새로운 연구의 발표

초전도성이라는 것은 특정 조건에서 일부 물질이 전기를 전혀 손실 없이, 즉 저항 없이 전달하는 특성을 말합니다. 그런데 보통 이런 특성은 아주 낮은 온도에서만 나타나기 때문에 이를 일상에서 활용하기는 어렵습니다.

하지만 중국 화중 과학 기술 대학의 연구팀은 이제 '실온'에서도 이런 초전도성이 발생할 수 있다는 연구 결과를 공개했습니다. 그들은 물질 'LK-99'이 일반적인 실내 온도에서도 이런 특성을 가질 수 있다는 것을 보여주었습니다.

그럼 어떻게 그런 결과를 확인했을까요? 그들은 '마이스너 효과'라는 특별한 현상을 이용했습니다. 이 현상은 물질이 초전도성 상태일 때만 나타나는데, 자석의 힘을 아예 밀어내는 것을 말합니다. 이 현상 덕분에 초전도체는 마치 마법처럼 자석 위에 떠 있을 수 있는 것입니다.

이 연구팀은 이런 모습을 비디오로 촬영하였고, 이로서 'LK-99'이 실제로 실온에서도 초전도성을 가질 수 있다는 강력한 증거를 제공하였습니다. 

 

두 연구팀의 공통적인 결론

Shenyang National Laboratory for Materials Science의 팀과 Lawrence Berkeley의 Sinéad Griffin 팀은 각각 독립적인 연구를 수행했습니다. 그러나 두 팀 모두 LK-99의 X선 구조 데이터를 분석하고 밀도 함수 이론(DFT)을 사용하여 물질의 행동을 예측했습니다.

 

놀랍게도, 두 팀은 매우 유사한 결론에 도달했습니다. 이를 통해 LK-99의 특성을 설명하기 위해 새로운 물리학을 가정할 필요가 없다는 것을 확인했습니다.

 

Shenyang 팀의 연구 결과

Shenyang 팀의 연구 결과를 아주 간단하게 이해하자면, 이 팀은 초전도성이란 특성이 어떤 물질에서 어떻게 나타나는지에 대한 새로운 이해를 제안했습니다. 그들이 "페르미 준위 주변의 플랫 밴드"라고 말하는 것은, 전자의 행동을 설명하는 데 사용되는 용어입니다. 이는 매우 낮은 에너지를 가진 전자들이 공유하는 영역을 말합니다. 이 팀은 이러한 전자의 특징이 초전도성을 생성하는데 중요하다고 주장합니다.

그리고 이 팀은 그들의 연구를 바탕으로, 금 원자를 납의 특정 위치에 놓으면 그 물질도 비슷한 초전도 특성을 나타낼 것이라고 예상했습니다. 이렇게 하면, 그들의 이론이 실제로 맞는지 테스트할 수 있습니다. 즉, 금 원자를 납에 넣어 이 물질도 실제로 초전도성을 나타내는지 확인하는 것이죠.

 

Lawrence Berkeley 팀의 연구 결과

Lawrence Berkeley의 Griffin 팀의 연구 결과를 간단하게 이해하기 위해, 우리는 물질 구조에 있는 아주 작은 세부 사항에 주목해야 합니다. 원래의 연구에서는 납(atom)과 구리(atom)가 특정 방식으로 배열되어 있었습니다. 이 배열이 실온에서의 초전도성을 가능하게 했다는 주장이 있었습니다.

그런데 Griffin 팀은 이런 배열이 사실 다르게 될 수도 있다는 것을 발견했습니다. 즉, 구리 원자가 다른 위치에 놓이는 것이 더 자연스럽고 에너지 효율이 좋을 수 있다는 것입니다. 이 위치는 원래 연구팀이 제안했던 것과는 다릅니다.

 

 

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