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진짜 ‘고온’ 초전도 물질 발견? 목록

조회 : 1344 | 2012-10-05

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[고온 초전도 현상의 특징 중 하나인 영구 자석 띄우기. 액체 질소를 써서 냉각했다. 이를 상온에서 만들 수 있을까. 위 사진은 전기설비용 초전도 선형 재료. 서울대 유상임 교수가 개발했다.]

 

초전도 현상은 절대온도(영하 273℃) 부근에서 전기저항이 0이 되는 현상이다. 전류를 손실시키지 않고 무제한으로 흘려보낼 수 있는 것을 의미한다. 이를 상온에서 구현하는 것은 물리학자와 재료공학자, 전자공학자의 오랜 숙원이었다. 절대온도에 가까운 환경을 기술적으로 구현하기 매우 어렵기 때문이다. 그래서 과학자들은 늘 절대온도보다 높은 온도에서 초전도 현상을 구현하는 것을 원했다. 하지만 일반적으로 ‘고온 초전도 현상’이라고 부르는 것도 절대온도보다 겨우 30℃ 정도 높은 영하 243℃에 불과했다. 최고 기록도 영하 110℃ 환경에서 구현한 것이 고작이다.

하지만 최근, 이전 연구와는 비교가 안될 정도로 ‘고온’에서 초전도가 가능한 물질을 개발할 수 있는 길이 열렸다. 파블로 에스키나지 독일 라이프치히대 교수 연구팀은 흑연 가루에 고농도의 전자를 추가로 주입하는 방법으로 130℃에서도 초전도 현상을 일으키는 연구 결과를 ‘응용재료’ 9월호에 발표했다.

에스키나지 교수 연구팀은 고농도의 전자를 넣으면 흑연 조각과 이웃 흑연 조각 사이가 연결돼 사실상 빈틈없이 메워질 수 있다는 데 주목했다. 전자를 주입하기 위해 선택한 방법은 물이다. 길이 수십 마이크로미터(μm), 두께 수십 나노미터(nm) 크기의 순수한 흑연 가루 100mg에 20ml의 증류수를 주입해 23시간 동안 저어 혼합한 뒤 걸러 100℃에서 하루 동안 건조시켰다. 이 재료를 자기장에 통과시킨 결과 약하지만 자기장을 갖는다는 사실을 발견했다.

에스키나지 교수는 이 자기장이 초전도 현상이 일어난다는 단서로 봤다. 그래서 이 재료를 성형해 성능을 시험했다. 그 결과 고온 초전도 현상을 보이는 재료들과 유사한 특성을 관찰할 수 있었다. 또 가열을 해도 초전도 성능을 잃지 않는다는 사실도 확인했다. 연구팀은 이 재료가 130℃까지 초전도 현상을 보였으며, 이론상 700℃ 이상에서도 보일 것으로 예측했다.

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