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- "LK-99라고 불리는 이 물질은 냉각이나 압력 없이도 저항 없이 전기를 전도한다"고 주장
- LK-99 초전도체는 납, 구리 및 인산염의 화합물인 구리-도핑-납으로 구성된 인회석
- 동료들 사이에 큰 회의론:데이터베이스 측면에서 기껏해야 초보적
- 약 100도에서 급격한 상전이 시사->비열 용량의 이상도 그러한 점프 일으킬 수 있어
- 다른 팀이 결과 재현가능하고, 물질 LK-99에서 초전도성이 명확하게 입증돼야

상온 초전도체: 획기적인가 가짜인가?
한국의 물리학자들이 일상적인 조건에서 처음으로 초전도성을 입증했을까?

논란의 여지가 있는 돌파구:
우리나라 물리학자들이 상온 상압에서 초전도체라는 물리학의 "성배"를 발견했다고 주장했다. LK-99라고 불리는 이 물질은 냉각이나 압력 없이도 저항 없이 전기를 전도한다고 한다. 그러나 전문가 동료들은 특히 그 논문이 아직 전문 저널에 게재되지 않았기 때문에 상당한 의구심을 갖고 있다. 또한 다른 연구 그룹의 정밀 조사를 통과하지 못한 몇 가지 추측성 상온 초전도체가 이미 있다. 

▲ 한국 연구원들의 영상에서 나온 이 스크린샷은 상온 초전도체로 알려진 물질인 LK-99의 자기 부상을 보여준다. © Kim et al./Science Cast

손실 없이 일상적인 조건에서 저항 없이 전기를 전도하는 재료는 전자 제품 및 기타 여러 기술에 혁명을 일으킬 수 있다. 이러한 상온 초전도체는 먼저 초저온으로 냉각할 필요가 없기 때문에 일상생활 어디에서나 사용할 수 있다. 이것은 컴퓨터의 폐열 문제를 과거의 일로 만들고 전기 모터가 더 효율적으로 작동하며 자기 부상 열차가 간단하고 저렴해질 것이다. 초전도 코일을 기반으로 하는 양자 컴퓨터도 더 작아지고 일상적인 사용에 더 적합할 수 있다.

상온 초전도체에 관한 경쟁

따라서 실온 초전도체는 고체 물리학의 "성배"로 간주되며 전 세계 연구팀이 이를 찾고 있다. 최근 몇 년 동안 물리학자들은 적당한 추위나 심지어 상온 바로 아래에서도 저항을 잃는 최초의 물질을 실제로 발견했다. 수소화란타늄은 영하 23도에서 초전도체가 되고 탄소질 수소화황은 15도에서도 초전도체가 된다. 그러나 이러한 금속 수소화물은 1억 기압 이상의 고압을 필요로 한다. 이는 단순한 일상적인 적용에는 너무 많은 압력이다.

그러나 2023년 3월에 첫 번째 돌파구가 있었다. 적어도 그렇게 보였다. 로체스터 대학의 랜가 디아스(Ranga Dias)가 이끄는 팀은 단 1GPa(기가파스칼, 약 1만기압)에서 전기 저항을 잃는 질소 도핑 루테튬 수소화물로 만든 실온 초전도체를 발표했다. 그러나 Dias와 그의 팀은 의심스러운 평판을 가지고 있다. 2022년에 그들은 수소화황에 대한 논문을 철회해야 했고 수소화루테튬의 실온 초전도성은 지금까지 다른 물리학자 그룹에 의해 재현될 수 없었다.

LK-99: 상압에서도 상온 초전도체?

이제 상온 초전도성에 대한 또 다른 후보가 있다. 이 물질은 상압에서도 저항이 없다고 한다. 서울 양자에너지연구센터 이석배 단장 연구팀이 보고한 내용이다. 그들은 상온 상압에서 초전도체의 모든 특성을 나타내는 LK-99라는 물질을 생산하기를 원했다. 비디오에서 그들은 이 물질이 강한 자기장에 의해 어떻게 들어 올려지는지 보여준다. 이 자기 부양은 초전도성의 특징으로 여겨진다.

특히, 새로운 LK-99 초전도체는 납, 구리 및 인산염의 화합물인 구리-도핑-납으로 구성된 인회석이다. 이석배와 그의 팀은 다양한 전구체를 함께 분쇄한 다음 진공에서 가열하는 4단계 공정으로 이 재료를 생산했다. 그 결과 짙은 회색의 결정질 고체가 나왔고, 물리학자들은 이를 전기 전도성과 자기 반응에 대한 다양한 테스트를 거쳤다.

지표: 저항이 없고 부상

연구진에 따르면 LK-99는 상온 및 상압에서 전기 저항이 없으며, 측정 결과 이 ​​초전도 범위는 섭씨 127도 정도까지 확장되는 등 초전도체의 모든 기준을 충족했다. 이 물질은 또한 마이스너(Meissner) 효과를 나타냈다. 이것은 초전도체에서 일반적으로 나타나는 것처럼 외부 자기장을 완전히 편향시켜 자기장 라인에 부상할 수 있다.

물리학자들은 합성 과정에서 인산납 결정 격자의 납 이온이 더 작은 구리 이온으로 대체된다고 말함으로써 물질의 초전도 능력을 설명한다. 이로 인해 재료가 0.48% 약간 수축하여 재료에 장력이 발생한다. "두 번째 요소는 구조의 c-축을 따라 구조적 변형에 의해 증폭되는 반발 쿨롱 상호작용이다"고 Lee와 그의 동료들은 말했다. 그들의 관점에서 이 모든 것은 정상 압력 하에서 최초의 상온 초전도체를 발견했음을 증명한다. 물리학자 팀은 "우리의 견해로는 이 발전은 인류에게 새로운 시대를 열 수 있는 역사적인 돌파구"라고 주장했다.

동료들 사이에 큰 회의론

다른 물리학자들은 그다지 열광하지 않는다. 그 반대다. 많은 연구자는 주장된 돌파구를 매우 회의적으로 본다. 한 가지 비판점은 지금까지 한국 팀은 그 결과를 전문 저널에 발표하지 않았고, 아직 독립적인 평가를 거치지 않은 두 개의 프리프린트에만 발표했다. 그리고 이 두 전문 기사 중 적어도 하나는 데이터베이스 측면에서 기껏해야 초보적이며 언어 측면에서도 그다지 전문적이지 않다.

라이스 대학(Rice University)의 물리학자 더글라스 나텔손(Douglas Natelson)은 Twitter/X에서 Lee와 팀이 출판한 프리프린트에도 둘 다 동일하지만 Y축의 크기 단위가 다른 그래픽이 있다고 보고했다. 하나의 표현은 여전히 ​​합리적으로 생각할 수 있지만 두 번째는 비물리적 값을 나타낸다. "이는 재료의 자기 질량 민감성이 완벽한 초전도체의 154배라는 것을 의미한다"고 Natelson은 기술했다.

그의 의견으로는 이것은 작업에 대한 자신감을 정확히 불러일으키지 않는다. 분명히 몇 달 동안 데이터를 가지고 있었다는 점을 고려하면 상당히 엉성하다”고 Natelson은 썼다.

▲ 전기 저항의 손실 외에도 초전도체의 특성 중 하나는 자기 부상이다. 그러나 지금까지는 매우 낮은 온도에서만 작동했다. © kts image/ GettyImages

관찰된 효과는 다르게 설명될 수도 있다.

다른 물리학자들도 회의적이다. 옥스포드 대학의 재료 연구원인 수산나 스펠러(Susannah Speller)는 "이 출판물은 아직 완전한 설득력이 없다"며 “데이터는 약 100도에서 급격한 상전이를 시사하는 급격한 저항 감소를 보여준다. 그러나 이것이 정말로 초전도 상태의 형성에 의한 것인지는 불분명하다”고 말했다. 연구원이 설명하는 것처럼 비열 용량의 이상도 그러한 점프를 일으킬 수 있기 때문이다.

LK-99 물질의 자기 부상에 대한 추가 의심이 있다. 메릴랜드 대학의 고체 물리학자 리챠드 그린(Richard Green)은 Twitter/X에서 "첫눈에 부상이 인상적으로 보인다"고 썼다. 그러나 부분적으로 부상된 시료는 정상 상태에서도 높은 반자성 자화를 나타냈다. 반자성은 외부 자기장을 대체하고 편향시키는 능력이다. "따라서, 이 샘플은 반자성체이기 때문에 부상할 수도 있다"고 말했다.

테스트를 통과한 후에야 센세이션

전반적으로 아직 축하하기에는 너무 이르다는 것이 지배적이다. 전문가 커뮤니티의 일치된 의견에 따르면, 다른 연구팀이 Lee와 동료들의 결과를 재현할 수 있고 물질 LK-99에서 초전도성을 명확하게 입증했을 때만 돌파구라고 말할 수 있다. 영국 Rutherford Appleton 연구소의 Toby Perring은 "특별한 주장에는 매우 좋은 증거가 필요하다“고 말했다.

그렇게 될 때까지 Lee와 그의 동료들이 실제로 상온 및 상압에서 초전도하는 물질을 발견했는지는 여전히 남아 있다. 그러나 이것이 확인된다면 그것은 세계적인 센세이션이 될 것이다.
(Lee et al., arXiv Preprints, doi: 10.48550/arXiv.2307.12008; doi: 10.48550/arXiv.2307.12037)
출처: arXiv, Science Media Centre UK, Twitter

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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