바이러스성 상온 초전도 주장의 짧고 놀라운 수명

인터넷을 떠들썩하게 만들었던 가능성이 희박한 발견은 불과 2주 만에 다시 화제성이 떨어졌습니다. 최근 소셜미디어 플랫폼 X(구 트위터)는 "최초의 실내 온도 대기압 초전도체"라는 제목의 논문으로 뜨겁게 달궈졌습니다. 구리로 실험을 진행한 이 연구에 따르면 평범한 납 기반 광물은 실온과 대기압에서 훨씬 더 높은 초전도체가 됩니다. 초전도체란 열에 대한 저항이나 에너지 손실 없이 전기를 전달할 수 있는 물질입니다. 지금까지 모든 초전도체에는 실온이나 파쇄 압력보다 훨씬 낮은 온도가 필요했습니다. 한국 양자 에너지 연구 센터 이석배와 김지훈의 주장이 사실이라면, 이 물질은 모든 종류의 기술적 경이로움을 가져올 수 있습니다. 여기에는 공중에 떠 있는 차량과 완벽하게 효율적인 전기 그리드 등이 포함됩니다.

 

지난 2021년 프린스턴 대학교에서 물리학 학사 학위를 취득한 알렉스 카플란은 "오늘은 내 생애 최대의 물리학 발견이었을 것"이라며 열광했습니다. 카플란은 "사람들이 주변 온도 및 압력 초전도체가 물리학에 가져다주는 의미를 완전히 이해하지 못하는 것 같다"라고 안타까워했습니다. 그러나 일부 물리학자들은 매우 회의적인 반응을 보였습니다. 아르곤 국립 연구소의 이론가인 마이클 노먼은 "그 저자들은 진짜 아마추어처럼 행동했다"라며 비판에 나섰습니다. 노먼은 "그들은 초전도성에 대해 많이 알지 못하는 것처럼 보이고 일부 데이터를 제시하는 방식도 수상하다"라면서 "여기 사람들은 이를 진지하게 받아들이고 이 물건을 키우려고 노력하고 있다"라고 강조했습니다. 이미 일부 실험 그룹에서는 작업을 재현할 수 없다고 보고한 반면, 다른 실험 그룹에서는 약간의 지원만을 제공했습니다.

 

초전도는 본질적으로 저온 현상입니다. 일반적으로 전자는 결정격자의 진동하는 원자에 부딪히기 때문에 결정질 고체를 쉽게 통과할 수 없습니다. 그러나 일부 물질은 온도가 충분히 낮을 경우 전자가 느슨하게 결합돼 쌍을 깨지 않고는 편향될 수 없는 중첩 쌍을 형성합니다. 그리고 저온에서는 진동이 결합을 깨뜨릴 만큼 강하지 않기 때문에 전자쌍은 방해받지 않고 물질을 통과해 미끄러집니다. 문제는 물질이 초전도하기 위해 얼마나 차가워야 하는지 정해진 규칙이 없다는 것입니다. 소위 고온 초전도체의 일부는 어는 온도보다 100° 이상 낮은 최대 133K에서 저항 없이 전류를 전달합니다. 30년이 지난 후에도 여전히 이론가들은 물질이 어떻게 그렇게 할 수 있는지 명확히 설명할 수 없기 때문에 한계 온도를 예측할 수 없습니다. 또한 여기에는 새로운 수소화물 초전도체에 관한 주장이 많은데, 이 역시 논란의 여지가 있습니다. 연구원들은 "이 초전도체는 실온에서는 작동하지만, 일반적으로 초고압에서 작동한다"라고 말했습니다. 과감한 주장이 난무하는 분야에서도 한국 연구자들은 파격적인 주장을 내놨습니다. 동료들의 검토를 거치지 않은 논문에서 그들은 "구리로 도핑될 때 납, 산소, 인을 포함하는 광물인 납 인회석은 주변 압력 및 물의 끓는점보다 높은, 최소 400K의 온도에서 초전도를 이룬다"라고 주장했습니다. 이들의 주장이 사실이라면 우리는 책상 위에 앉아 있는 것만으로도 저항 없이 전기를 전달할 수 있을 것입니다. 이 논문은 해당 물질이 저항이 없을 뿐만 아니라 자기장을 방출할 수도 있음을 시사하는 데이터를 제시했습니다. 이것은 고유한 특성은 아니지만 초전도성의 주요 신호이며, 초전도체가 자석 위에 놓였을 때 공중에 떠오르는 이유를 설명합니다.

 

일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스의 응집물질 물리학자 나디아 메이슨은 "저자들이 적절한 데이터를 수집하고 제조 기술에 대해 명확하게 설명했다는 점에는 감사드린다"라며 운을 뗐습니다. 그러면서도 메이슨은 "데이터가 약간 엉성한 것 같다"라고 지적했습니다. 메이슨은 "자세히 살펴보면 주요 전압 대 전류 그래프에는 저항이 사라지는 것을 나타내는, 즉 0으로 곧바로 급락하는 것을 표시하지 않는다"라고 짚었습니다. 또한 해당 논문이 축이 맞지 않는 플롯에서 동일한 자기 데이터를 보여준다고 꼬집은 메이슨은 "언론 보도에 따르면 해당 논문은 모든 저자의 허가 없이 게시되었다. 한국은 이 문제에 대한 조사에 착수했다"라고 덧붙였습니다. 노먼은 "기본적인 물리학에 대한 질문도 있다"라며 또 다른 의문을 제기했습니다. 니오븀, 주석, 수은과 같은 기존의 초전도체는 모두 금속입니다. 이트륨 바륨 구리 산화물과 같은 고온 초전도체는 초전도가 되기 전에 금속으로 만들기 위해 도핑되어야 합니다. 대조적으로, 도핑되지 않은 납 인회석은 절연체입니다. 게다가 구리와 납 원자는 유사하므로 납 인회석의 일부 납 원자를 구리 원자로 대체해도 재료의 전기적 특성에는 영향을 주지 않습니다. 노먼은 "당신이 바위를 가지고 있다면 도핑 후에도 여전히 바위로 끝나야 한다"라고 쉬운 예시를 들었습니다.

 

그러나 고온 초전도 이론은 없기 때문에 해당 물질이 초전도체가 될 수 없다고 확신할 수는 없습니다. 일반적인 초전도체에서는 결정격자의 진동이 전자 쌍을 묶는 접착제를 제공합니다. 물리학자들은 고온 초전도체에서 접착제가 역설적이게도 전자들 사이의 강한 반발력에서 나온다고 생각합니다. 메이슨은 "어쩌면 이 물질은 강력하게 상호작용하는 비전통적인 초전도체의 최적 지점에 딱 맞는 것일 수도 있다"라고 봤습니다. 한국의 연구자들은 그들의 물질 내에서 도핑이 자연적으로 발생하는 긴 납 원자 사슬을 약간 왜곡시킨 것처럼 보였습니다. 그들은 이러한 1D 채널이 저항 없이 전류를 전달할 수 있다고 주장합니다. 아울러 이석배와 김지훈은 "사슬에 일종의 전하 파동이 존재할 수 있다"라고 제안했습니다. 이에 대해 메이슨은 "고온 초전도체에서도 비슷한 전하 패턴이 나타났다"라는 지적을 제시했습니다. 후속 연구가 곳곳에서 진행됨에 따라 중국의 한 연구팀은 "물질의 저항이 0이지만 일부 알려진 초전도체보다 낮은 100K 미만의 온도에서만 나타난다"라는 주장을 내놨습니다. 또 다른 세 연구팀들은 초전도의 징후가 없다고 보고했습니다. 여러 개의 이론 논문에서는 이 물질이 초전도성을 보장하지는 않지만, 유망한 전기 구조를 가질 수 있다는 결론이 나왔습니다. 이 모든 것이 어디로 가는지 아무도 확실히 말할 수 없지만, 카플란은 "증거가 초전도성을 배제한다"라는 글을 게재하면서 마음의 변화를 드러냈습니다.