상온 초전도체 원리, 미래 전망

상온 초전도체 원리, 미래 전망 에 대해 알아보겠습니다. 최근 세계 최초로 상온 초전도체 LK-99가 한국에서 개발되었다는 소식이 전해지면 많은 분들의 관심을 사로잡았습니다. 

 

 

상온 초전도체는 상온에서 전기 저항이 0이 되어 사라지는 초전도 현상과 반자성 효과인 마이스너 효과를 만들어낼 수 있는 물질을 의미합니다. 

 

 

 

 

상온 초전도체 가 무엇인지에 대해 먼저 알아보고, 일반 초전도체와의 차이점을 기반으로 상온 초전도체의 원리에 대해 설명드리겠습니다. 또한 상온 초전도체의 미래 전망에 대해서도 함께 알아보겠습니다. 

 

 

상온 초전도체 vs. 초전도체

상온 초전도체 에 대한 연구는 2020년 Nature 지에 발표된 적이 있습니다. 과거형으로 말씀드리는 이유는 2022년 09월 이 논문은 철회되었기 때문입니다. 

 

 

상온 초전도체 논문 바로가기

 

상온 초전도체 논문은 황화수소 기반 물질에 220GPa 이상의 압력을 가하면 15도 부근에서 초전도현상을 나타내는 것을 확인한 실험에 관한 내용이었습니다. 하지만 데이터 처리 및 해석 방식에 대한 우려와 경고로 최종 철회되었습니다. 

 

 

초전도체

초전도체는 임계 온도 이하에서 초전도 현상을 가지는 물질로서, 초전도 현상이라는 것은 전기 저항이 0이 되어 전기의 흐름에 전혀 방해가 없고, 반자성을 띠어 마이스너 효과를 보이는 물질을 의미합니다. 

 

 

전기 저항이 0이 된다는 것은 장거리 전기 운송 과정에서 전력 손실 없이 에너지 소모가 가능하고, 컴퓨터를 대용량 장시간 사용하여도 발열이 거의 없다는 의미이므로 꿈의 재료라 할 수 있을 것입니다. 

 

마이스너 효과는 자기부상열차를 생각하면 편리하실텐데요, 임계 온도 이하에서 상대 물질을 밀어내니 자기부상열차를 열차 선로에서 밀어올려 마찰력이 없이 열차 운행이 가능하므로 빠른 속도가 가능한 것입니다. 

 

 

상온 초전도체

상온 초전도체 는 초전도체가 임계 온도 이하에서 초전도 현상을 가졌던 것과는 달리 상온에서도 전기 저항이 0이 되고, 반자성을 띠어 마이스너 효과를 보이는 물질을 의미합니다. 

 

 

상온 초전도체 물질로 한국에서 처음 개발한 것으로 이번에 알려진 LK-99는 영하 200도 이하로 온도가 내려가야 초전도 현상을 보이거나 90GPa 이상의 고압에서 초전도 현상을 보였던 기존의 초전도체와는 달리 상온에서 전기 저항 0의 특성과 반자성을 지닌 마이스너 효과를 모두 보인다고 발표된 물질입니다. 

 

물질이 초전도 현상을 나타내기 위해서는 영하 269도 ~ 영하 196도 정도의 온도가 되어야 하는데 이를 위해서는 액체 수소, 액체 헬륨, 액체 질소 등이 필요하고, 이들을 생산하는 비용과 초전도 현상을 통하여 누리는 이득을 비교해 보았을 때 경제적으로 이익이 없습니다. 

 

이러한 초저온 임계온도의 단점을 해결하기 위해 임계 온도를 높이는 것이 가능하긴 하지만 이를 위해서는 일상 생활 및 지구에서 구현이 어려운 초고압 상태를 유지하여야 하므로 이 또한 경제적으로 이익이 없습니다. 

 

따라서 상온 초전도체 의 발견은 높은 임계 온도와 낮은 기압 상태에서 초전도 현상이 가능한 물질을 의미하는 것이라 큰 경제적 가치와 함께 많은 사람들이 주목하게 된 것이다. 

 

 

상온 초전도체 원리

상온 초전도체 로 알려진 LK-99는 1999년 신물질 LK-99가 만들어졌으나 제조 공정, 원리를 발표되지 않았습니다. 2008년 상전이물질 관련 제조방법에 대한 특허가 출원되며, 물질 특성 상 자체 발전에 의한 저항 감소를 근거로 초전도체가 아닌 신물질일 것이라는 발표가 이어졌습니다. 

 

 

2019년 초전도양자간섭장치 사용이 가능해지며 LK-99의 반자성 측정이 이루어졌고, 2023년 LK-99 결정 내 초전도성 양자 우물이 형성되고 이것이 초전도성의 매커니즘일 것이라 설명하며 상온 초전도체가 논문 기재되었습니다.

 

 

상온 초전도체 미래 전망

상온 초전도체 미래 전망 자체는 아직은 회의적입니다. LK-99 연구를 진행한 퀀텀에너지연구소와 한양대 연구팀은 2023년 7월 22일 '아카이브(arXiv)' 논문 사전공개 사이트 ' '최초의 상온·상압 초전도체(The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor)' '란 제목으로  LK-99 연구 논문을 공개했지만 이는 동료 검증이 없으므로 무의미한 것이라는 것이 일반적인 의견입니다. 

 

 

또한 상온 상압에서의 초전도체 증거에 대한 실험 검증이 제대로 진행되지 않았고, 논문 게재 전 진행되어야 할 재현 실험조차 이루어지지 않은 상황이라 학계의 입장은 회의적입니다.

 

8월 말 이론적 데이터와 실험 결과를 추가로 공개하겠다는 퀀텀에너지연구소의 발표가 있었지만 국제적으로 회의적인 반응은 여전하며 실온이나 낮은 임계온도에서조차 초전도 현상이 재현되지 않는 저항성이 낮은 신물질일뿐이라는 의견이 지배적입니다.

 

 

이상은 상온 초전도체 원리, 미래 전망에 대해 알아보았습니다.