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- 측정된 효과는 재료의 불순물로 인한 것이며 초전도성과는 아무 관련이 없다.
- 자기장의 부분 부상은 아마도 재료의 단순한 강자성에 의해 생성되었을 것
- LK-99의 급격한 저항 감소가 포함된 황화구리의 상변화를 나타낼 뿐 초전도성으로의 전이를 나타내지는 않는다는 것을 시사

상온 초전도체 없음
새로운 분석은 "기적의 물질" LK-99의 초전도성 주장을 반박한다.

반증:
최근 한국 연구진이 제시한 물질 LK-99는 초전도체도 아니고, 다른 물리학자들이 검증한 것처럼 상온에서 저항성을 가지지도 않는다. 대신, 측정된 효과는 재료의 불순물로 인한 것이며 초전도성과는 아무 관련이 없다. 또한 자기장의 부분 부상은 아마도 재료의 단순한 강자성에 의해 생성되었을 것이다. 이것은 실제 상온 초전도체의 발견이 아직 보류중이라고 주장된 돌파구를 반박한다. 

▲ 실제 초전도체는 여기에 표시된 것처럼 자기장에서 부상한다. 그러나 물리학자들은 상온 초전도체 LK-99와 저항이 없는 전력선에 대한 다른 모든 지표에 대해 이것이 사실이 아님을 입증했다. © LYagovy/ 게티 이미지

상온 및 정상 압력에서 저항이 없는 전력선은 컴퓨터에서 전기 모터, 자기 부상 열차에 이르기까지 전체 산업과 기술에 혁명을 일으킬 수 있다. 이에 따라 2023년 7월 이석배가 이끄는 한국 연구원들이 그러한 "기적의 물질"을 발견했다고 주장하면서 전 세계적인 센세이션이 컸다. 이들의 정보에 따르면 구리 도핑 납 인회석(Pb9Cu(PO4)6O)인 LK-99 소재는 104도 미만에서 초전도 상태가 되sek고 한다. 동영상에는 동전 크기의 디스크 LK-99도 나와 있었는데, 자기장에서 적어도 절반 정도는 떠 있는 것처럼 보였다.

그러나 Lee와 동료들이 피어 리뷰를 거치지 않은 두 개의 프리프린트를 발표한 직후 전 세계 물리학자들은 심각한 의구심을 표명했다. 기적이라고 주장되는 물질의 관찰된 특성은 상온 초전도성 이외의 물리적 효과로도 설명될 수 있기 때문이다.

황화구리 오염

이제 이러한 의심이 확인되었다. 전 세계 여러 연구 그룹이 실험실에서 LK-99 재료를 생산하고 추가 테스트를 거쳐 엄청난 결과를 얻었다. 새로운 테스트와 분석은 거의 만장일치로 Lee와 그의 팀이 측정한 효과가 초전도성과 관련이 없고, 물질의 불순물과 매우 관련이 있음을 보여준다. 이것은 어바나-샴페인에 있는 일리노이 대학교의 화학자 프라샨트 제이나에 의해 결정되었다.

▲ 온도에 따른 저항 변화. 왼쪽은 LK-99에 대한 한국 연구진의 논문에서, 오른쪽은 황화구리에 대한 곡선 © Prashant K. Jain/ arXiv, CC-by 4.0

연구원은 물질 LK-99의 X-선 회절 이미지가 특정 불순물인 황화구리(Cu2S)의 흔적을 보여준다는 것을 알았다.

관련된 사항은 "황화구리는 104도에서 잘 알려진 상전이를 가지며, 여기서 질서 있는 저온 상에서 초이온성 고온 상으로 변한다"고 Jain은 설명했다. 결과적으로 온도 104도 이하로 내려가면 황화구리의 전기 저항은 3~4배 정도 급격하게 떨어진다.

이러한 저항의 감소는 황화구리로 오염된 LK-99에서도 분명하다. 곡선은 Jain과 여러 다른 연구팀이 보여준 것처럼 거의 동일하다. 그들의 의견으로는 이것은 LK-99의 급격한 저항 감소가 포함된 황화구리의 상변화를 나타낼 뿐 초전도성으로의 전이를 나타내지는 않는다는 것을 시사한다. 또한 오염된 LK-99를 사용해도 저항이 0으로 떨어지지 않는다. LK-99도 황화구리도 초전도성이 되지 않았다.
순수한 LK-99 크리스탈에서 저항 손실 없음

이것은 슈투트가르트에 있는 막스 플랑크 고체 연구 연구소의 파스칼 푸팔(Pascal Puphal)이 이끄는 팀의 실험으로 확인됐다. 그들은 처음으로 황화구리에 의한 오염 없이 순수한 단결정 형태의 구리로 도핑한 납 인회석 LK-99를 생산하는 데 성공했다. 그 결과 "이 결정체는 비전도성이 높고 광학적으로 투명하다"고 연구진은 보고했다. 불그스름한 반투명 LK-99는 이미 한국팀의 오염된 회색 금속과는 많이 다르다는 뜻이다.

그러나 더 중요한 것은 Puphal 주변의 물리학자들이 순수한 LK-99로 전도도 및 자기장 테스트를 수행했을 때 이 물질이 한국 연구원들의 초전도로 추정되는 물질과 크게 다르게 거동했다는 것이다. 물리학자들은 "샘플에서 초전도성의 징후를 확인할 수 없다"고 썼다. “종합해보면, 우리의 결과는 LK-99가 상온 초전도체라는 주장을 분명히 반박한다.”

▲ 기적의 물질로 알려진 LK-99의 순수한 결정체: 불그스름하고 반투명하다. © Puphal et al./arXiv, CC-by 4.0

부상 대신 磁氣 인력

그리고 새로운 연구에 따르면 자기장에서 LK-99의 공중 부상도 초전도성 때문이 아니다. 일반적으로 이러한 공중 부상은 초전도체가 외부 자기장의 내부 침투를 차단하고 있음을 나타낸다. 공중 부상을 가능하게 하는 힘으로 자기장에 반대한다. 한국 연구진의 영상에서 동전 크기의 LK-99 디스크가 실제로 금속판에서 반쯤 들어 올려졌다.

그러나 LK-99로 실제 공중 부양을 재현한 연구팀은 아직 없다. 대신, 테스트 결과 비디오에서 재료 조각의 상승은 초전도성 때문이 아니라 일반적인 강자성 때문인 것으로 나타났다. 자기장의 인력은 재료의 디스크를 한쪽으로 들어 올리기에 충분하다.

초전도성도 이론적으로 반박

이것은 Princeton University의 Andrei Bernevig가 이끄는 팀의 X선 구조 분석 및 모델 계산에 의해 확인되었다. LK-99의 두 가지 변종에 대해 물리학자들은 물질의 결정 구조가 초전도성을 허용하지 않는다는 것을 증명했다. 전자는 너무 편재되어 있고 에너지 밴드는 너무 평평하다. 따라서 Pb9Cu(PO4)6(OH)는 상온 및 주변 압력에서 초전도성이라기보다 자석에 가깝다"고 Bernevig와 그의 팀은 말했다.

종합하면, 이 모든 결과는 LK-99가 결국 상온 초전도체가 아닐 수도 있음을 시사한다. 그러나 그들은 재생산과 상호 견제를 통한 과학의 자제력이 작동한다는 것을 훨씬 더 잘 보여주었다.
(arXiv 프리프린트, 2023; doi: 10.48550/arXiv.2308.05222; doi: 10.48550/arXiv.2308.06256; doi: 10.48550/arXiv.2308.05143)
출처: arXiv

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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