놀라운 초전도체 현상! 상온에서도 초전류가 흐르다?

국내 연구진이 ‘상온 상압 초전도체’를 개발했다는 논문을 사전논문 사이트 아카이브에 올려 세계 과학계가 발칵 뒤집혔다.

국내 연구진이 상온·상압에서 전기를 손실 없이 보낼 수 있어 꿈의 물질로 불리는 '초전도체'를 개발했다는 소식에 관련주도 강세를 보이는데 도대체 초전도체가 무엇일까?

 

출저: naver

 

초전도체란?

 

초전도체는 임계 온도(critical temperature, Tc) 이하의 초저온에서 전기 저항이 갑자기 없어져 전류가 장애 없이 흐르는 현상을 말합니다. 이러한 현상은 금속, 합금, 반도체 또는 유기 화합물 등 다양한 물질에서 관찰되며, 이러한 물질을 초전도체 또는 초전도체 물질이라고 합니다.

초전도 현상은 전기 저항이 0이 되고 외부 자기장과 반대방향의 자기장을 형성하는 반자성(diamagnetism)을 띄게 됩니다. 이로 인해 외부 자기장을 밀쳐내거나 전기 전류가 흐르는데 저항이 발생하지 않는 등의 특성을 보입니다. 보통 초전도체의 온도는 영하 240˚C 이하로 매우 낮으며, 일부 도체의 경우에는 구리나 은과 같이 더 낮은 온도에서도 초전도 상태를 나타냅니다.

 

초전도체의 상태가 되는 온도는 각 물질에 따라 다양합니다. 일부 금속 원소인 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 바나듐(V) 등과 합금인 니오브와 주석의 합금(Nb3Sn), 니오브와 게르마늄의 합금(Nb3Ge) 등이 실용화되어 있습니다. 그러나 이러한 금속과 합금들의 경우 전이 온도는 최고의 경우에도 절대 온도 23K(켈빈)입니다.

 

최근에는 희토류 원소인 스칸듐(Sc), 란탄(La), 네오디뮴(Nd), 이트륨(Y) 등을 포함하는 금속 화합물이나 특수 자기 물질에서는 극저온이 아닌 비교적 높은 온도에서도 초전도 현상이 관찰되고 있습니다.

 

이러한 초전도체의 특성은 다양한 응용 분야에서 활용되고 있으며, 상용 제품에도 적용되고 있습니다. 또한, 상온 초전도체의 개발은 초전도체 기술의 파급효과를 더욱 확대시키고 있습니다.

 

 

초전도 현상 예

 

국내 연구진인 ETRI(한국전자통신연구원)에서는 1911년에 발견된 이후로 원리를 규명하지 못한 초전도 현상의 이론을 독자적으로 밝혀냈습니다. ETRI 연구전문위원인 김현탁은 기존 이론들과 금속에서 전자 간 상호작용 현상을 활용하여 초전도 현상을 설명할 수 있는 공식을 개발했습니다.

 

초전도 현상은 특정 온도나 압력에서 저항이 0이 되는 현상으로, 이를 응용하면 에너지 손실을 대폭 줄일 수 있어 주로 MRI, 초전도 케이블, 자기부상열차 등에 쓰이고 있습니다. 미래에는 양자컴퓨터, 진공튜브열차 등에서도 많은 활용이 예측되고 있습니다.

 

또한, 초전도 현상이 일어나는 임계 온도가 30K 이하인 물질은 저온 초전도체로 분류됩니다. 그리고 최근에는 국내외에서 상온 상압에서도 초전도 현상이 주장되는 물질이 등장하여 논란이 되고 있습니다.

 

초전도 현상은 물리학과 과학 기술 분야에서의 중요한 현상으로, 이론 및 응용 연구가 계속되고 있습니다. 더 많은 물질에서 상온 상압에서의 초전도 현상이 발견될 수 있을 것으로 기대되며, 이는 현대 기술의 발전에 기여할 수 있는 중요한 연구 분야입니다.