초전도체의 실체와 진실 (만드는 방법)

초전도체 진짜일까?

과학자들이 실제로 실온 초전도체를 만들었는가에 대한 질문에 최근 전문가들은 "그렇게 빠르지는 않다"라는 대답을 내놨습니다. 검토를 거치지 않은 해당 연구는 전 세계적인 모방 시도를 촉발시켰습니다. 한국의 과학자들은 물리학의 성배 중 하나인 초전도체를 상온 및 압력에서 만들었다고 주장했습니다. 이에 전 세계 연구자들은 결과를 재현하기 위한 경쟁을 이어가고 있습니다.

 

LK-99로 불리는 이 물질은 전기 저항이 전혀 없이, 일상 온도에서 전기를 전달할 수 있는 물질로 제시됐습니다. 이는 소셜 미디어에서 열광적인 반응을 불렀고, 집에서 만든 납 혼합물을 공중에 띄우려는 기발한 시도를 이끌어냈습니다. 과학자들은 물질을 재현하고 원래 발견을 복제하기 위한 치열한 경쟁을 펼쳤습니다. 만일 과학자들이 LK-99가 실온 초전도체임을 확인한다면, 무손실 전기 전송이나 저온 핵융합 등 기술적 창을 열게 될 것이란 전망도 나옵니다.

 

하지만 전문가들은 주의를 촉구하고 있는 상황, 과학 학술지에 급하게 게시된 두 편의 논문에는 "아직 동료의 검토를 거치지 않았고, 지금까지 그 누구도 결과를 재현할 수 없었다"라는 내용이 담겼습니다. 아르곤 국립 연구소의 응집물질 이론가인 마이클 노먼은 "논문을 읽어보면, 과학을 보지 않더라도 그 논문들이 잘 다듬어지지 않았다는 것을 알 수 있다"라며 입을 뗐습니다. 이어 노먼은 "물건을 밖에 내놓으라는 사람들의 압력이 너무 높다"라고 말했습니다.

 

초전도체 만드는 방법

서울에 있는 신생기업 양자 에너지연구센터에 근무하는 연구진은 신소재를 만들기 위해 납, 산소, 황, 인을 함유한 분말을 혼합한 뒤 소량의 구리를 첨가했습니다. 몇 시간의 과열을 거친 혼합물은 회색 고체로 변했고, 연구원들은 전기 저항이 섭씨 30도(화씨 86도)에서 거의 0으로 떨어졌다고 주장했습니다.

 

저항률은 물질을 통해 흐르는 전자의 양이 내부 마찰로 인해 방해를 받는 정도를 측정한 것으로 저온 초전도체의 기본 물리학은 수십 년 동안 이해되어 왔지만, 과학자들은 더 높은 온도에서 재료를 만드는 데 어려움을 겪었습니다. 초전도체에는 공중부양이라는 숨길 수 없는 특성이 있습니다.

 

흐르는 전류가 자기장을 생성하기 때문에 재료는 초전도 상태로 전환되고 이에 따라 내부 전자는 마찰 없이 흐릅니다. 이에 동일하고 반대되는 힘으로 외부 자석을 밀어낼 수 있는 자기장이 생성되는데 자석 위에 초전도체를 놓으면 그것이 완벽하게 공중에 떠 있게 되며 이 현상을 마이스너 효과라고 일컫습니다. 온라인에 게시된 영상에는 LK-99의 작은 조각이 적어도 부분적으로 공중에 떠 있는 모습이 담겼습니다. 원본 비디오에서는 동전과 같은 물질의 한 면이 공중에 떠 있고 다른 면은 그 아래의 자석과 접촉하여 흔들리는 것을 볼 수 있습니다.

 

복제를 위한 경주

지금까지 과학 기관에서는 연구 결과를 재현하기 위해 11번의 시도를 했으며 그중 7번의 결과가 발표되었습니다. 이 7개 중 3개는 LK-99에 대해 주장된 것과 유사하지만, 동일하지는 않은 특성이 발견됐습니다. 중국 화중과학기술대학교와 남부 캘리포니아대학교의 연구 결과는 공중부양에 대해 설명했으며, 중국 남동대학교의 연구진들은 영하 261℉(영하 163.15℃)에서 소음 수준에 대한 저항력이 떨어지는 것을 목격했습니다. 나머지 4개는 자성과 초전도성을 모두 관찰하지 못했습니다.

 

이는 연구실에서 결과를 재현하기 위해 서둘러서 신속하게 만들어낸 것으로 이처럼 혼합된 결과는 제조된 샘플에 도입된 불순물로 인해 발생할 수 있습니다. 인도 국립 물리연구소 팀장인 아와나는 "우리 그룹은 아직 더 많은 실험을 진행 중이지만, LK-99의 초전도성을 재현할 수 없었다"라고 밝혔습니다. 과학 학술지에서 아와나는 "샘플에 불순물이 있다고 믿고 있다"라며, "납 인회석의 1차원 사슬에서 납을 구리로 부분적으로 대체하는 것이 핵심이다. 이것은 쉬운 작업이 아니다"라고 덧붙였습니다.

 

반면 예비 결과는 원래 연구의 더 깊은 문제를 지적할 수 있습니다. LK-99는 최종 형성에 앞서 두 가지 전구체 단계, 즉 반자성 절연체와 상자성 금속을 통과합니다. 과학자들은 이 두 단계가 새로운 단계로 명확하게 결합되지 않아 많은 혼란을 야기했을 것이라고 추측했습니다. 노먼은 "이러한 상황에서는 금속과 반자성 절연체를 혼합하기 때문에 쉽게 속을 수 있고 그 자체로는 초전도성과 아무 관련이 없다"라고 꼬집었습니다. 그러면서도 노먼은 "각각은 이와 유사한 동작을 가질 수 있다"라고 첨언했습니다.

 

과학자들에 따르면 각 단계는 초전도로 오해될 수 있는 일부 동작을 보여줄 수 있다는 것, 초전도 단계가 있더라도 이를 샘플의 나머지 부분과 분리하여 계속 작동하게 할 수 없다는 주장입니다. 노먼은 "당신이 정말로 원하는 것은 제로 저항과 마이스너 효과를 입증하는 것"이라며, "흥미로운 일을 하는 작은 단계가 있을 수 있지만 문제는 그 작은 단계가 무엇인지, 그리고 다른 단계와 격리될 수 있느냐는 것이다"라고 짚었습니다.

 

새로운 물질에 관심 폭발

다만 과학자들은 이러한 회의적인 태도에도 불구하고 여전히 새로운 물질에 관심을 갖고 있습니다. 실온에서 공중에 떠 있는 경우는 드물며 일부 실험 결과와 예비 이론적 기여에 따르면 LK-99는 흥미로운 특성을 가집니다. 초전도체의 기본 이론 중 일부는 여전히 불확실하기 때문에 물질을 연구하면 이상한 물질 단계가 더 높은 온도에서 어떻게 작동하는지에 대한 중요한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

 

그러나 실온 초전도에 대한 혁명적인 응용이나 새로운 물리학이 LK-99의 흐릿한 회색 외관 뒤에 숨어 있는지 여부를 확실하게 아는 데에는 몇 달 이상 걸릴 것이란 전망도 나옵니다. 일리노이대학교 어배너-샴페인 캠퍼스의 응집물질 물리학자인 나디아 메이슨은 "노벨상이 위태롭다고 생각했기 때문에 급히 나온 것이 분명하다"라며 운을 뗐습니다.

 

메이슨은 "나에게 이것은 정상적인 과학적 행동"이라며, "이것은 빠른 과학이고 만약 그것이 세상에 있다면 사람들이 그것을 복제하려고 한다는 사실에 기쁘다"라고 이야기했습니다. 이어 그는 "사람들이 그것이 유망하다고 생각하지 않았다면 그것을 재현하려고 시도하지 않을 것이기 때문"이라며 이유를 덧붙였습니다.