상온 초전도체 LK99 한국 연구팀 개발

 지난 7월 22일 과학자들의 논문 사전 공개 사이트인 아카이브라는 곳에 LK99 상온 초전도체의 개발을 알리는 논문이 게재되었다. 110년이 넘는 기간 동안 수많은 시도가 이어졌지만 아직 상온, 상압에서 초전도체 개발에 성공하지 못했다.

 

그런데 한국의 과학자들이 상온, 상압의 조건에서 동작하는 초전도체 개발에 성공했다고 알려지면서 지금 과학계에서는 이 논문의 검증에 매달리고 있는 상황이다. 이미 한차례 상온 초전도체의 논문 조작으로 쓰라린 후폭풍을 경험한 과학계에서는 일단 말을 아낀 체 한국 과학자들이 공개한 LK99 물질의 합성과 검증에 들어간 상태다.

 

그러나 미국과 중국의 연구진에서 긍정적인 결과가 보도되면서 혹시나 하는 기대감이 높아지고 있다.

 

 

 

1.  한국 과학자들 상온, 상압 초전도체 개발 발표

 아래 사이트(https://arxiv.org/abs/2307.12037)에 들어가 보면 한국 과학자들이 발표한 논문을 볼 수 있다. PDF 파일을 다운 받을 수도 있으므로 관심 있는 분들은 들어가서 확인해 보기 바란다.

 

 

 

2. 상온 초전도체란

 초전도 현상은 전류가 저항 없이 흐르는 현상이다. MRI, 양자컴퓨터 등 다양한 분야에서 사용된다. 그러나 현재 초전도체는 극저온과 극고압에서만 구현할 수 있다.

 

로체스터대의 랑가 다이어스 교수의 초전도체 실험 사진. 그러나 랑가 다이어스 교수의 실험은 데이터 조작등 많은 논란을 일으켰다.

 

과학자들은 110년이 넘도록 더 높은 온도, 상온에서도 작동하는 초전도체를 찾기 위해 연구해 왔다. 1911년 네덜란드의 물리학자 헤이커 카메를링 오너스가 섭씨 영하 269도에서 처음으로 초전도 현상을 발견했다. 이후 납, 니오븀, 주석 등에서 초전도 현상이 구현되었다.

 

 

1957년 미국 물리학자인 존 바딘, 레온 쿠퍼, 존 로버트 슈리퍼는 BCS 이론을 발표했다. BCS 이론은 결정격자 구조의 진동이 전자 사이에 접착제 역할을 하여 전자쌍을 형성하고, 이 전자쌍이 저항 없이 이동하면서 전류가 흐른다고 설명한다.

 

국내 연구진이 개발했다고 발표한 초전도체의 사진

 

 최근에는 초고압의 상태에서 초전도 온도를 높이는 연구가 진행되고 있다. 2015년 독일 막스플랑크 연구소 과학자들은 대기압보다 150만배 강한 압력으로 황화수소를 압축해 영하 70도에서 초전도 현상을 구현했다.

 

이후 초전도 현상을 구현할 수 있는 온도가 영하 23도, 영하 13도에 이어 영상 7도까지 발전했다. 미국 로체스터대의 랑가 다이어스 교수는 2020년 네이처에 섭씨 15도에서 수소와 탄소, 황을 다이아몬드 모루 사이에 넣고 압착해 초전도체를 만들었다고 발표했다.

 

 

당시 성과는 그해 사이언스지의 10대 과학 성과에도 선정되었다. 다이어스 교수는 지난 3월에는 초전도 온도를 21도까지 높였다고 알려졌지만 후에 데이터 조작과 논문 취소등 많은 논란에 휩싸였다.

 

상온 초전도체의 개발은 전력 전송, 양자컴퓨터, 의료 장비 등 다양한 분야에 혁명을 일으킬 잠재력을 가지고 있습니다. 랑가 다이어스 교수의 연구는 상온 초전도체의 개발에 큰 진전을 가져왔다고 평가받고 있다.

 

 

3. 마이스너 효과란?

 

 

 마이스너 효과는 초전도체가 외부 자기장에 노출되었을 때 자기장이 초전도체 내부에서 배제되는 현상을 말한다. 마이스너 효과는 1933년 독일의 물리학자 에른스트 마이스너와 쿠르트 에베르트가 발견했다.

 

마이스너 효과는 초전도체가 외부 자기장에 노출되었을 때 초전도체 내부의 전자들이 쌍을 이루고, 이 전자쌍이 자기장과 상호작용하여 자기장을 배제하는 원리로 작동한다.

 

마이스너 효과로 인해 초전도체는 외부 자기장에 대한 저항이 매우 높아지며, 이로 인해 초전도체를 이용하여 고효율의 전력 전송 및 저장 장치 등을 개발할 수 있다.

 

마이스너 효과는 초전도체의 가장 기본적인 특성 중 하나이며, 초전도체의 다양한 응용 분야에 중요한 역할을 한다.

 

 

4. 초전도체가 쓰이는 곳

 초전도체는 저항이 없어 에너지의 손실이 없고 강한 자기장을 만들 수 있는 특성을 가지고 있다. 이러한 특징을 이용하여 초전도체는 전력 전송, 의료 장비, 양자 컴퓨터 등 다양한 분야에 활용되고 있다.

 

현재 초전도체는 극저온에서만 구현되기 때문에 활용 범위가 제한되어 있다. 그러나 물리학자들은 상온 초전도체를 개발하기 위해 꾸준히 연구하고 있다. 상온 초전도체가 개발된다면 다른 어떤 기술보다 파급력이 클 것이다.

 

전력 효율이 높은 배터리를 만들 수도, 우주 탐사를 위한 강력한 전기 모터를 만들 수도 있다. 그래서 물리학자들은 여전히 ‘꿈의 물질’인 상온 초전도체를 찾아 나서고 있는 것이다.

 

구글이 개발한 양자 컴퓨터 '시커모어'(사진 = 구글)

 

초전도체의 주요 응용 분야는 다음과 같다.

1) 전력 전송: 초전도체 케이블은 구리 케이블보다 전력 손실이 적기 때문에 전력 전송 효율을 높일 수 있다.
2) 의료 장비: MRI는 초전도체 자석을 사용하여 인체의 내부를 촬영한다.
3) 양자 컴퓨터: 양자 컴퓨터는 초전도체를 사용하여 양자 연산을 수행한다.

 초전도체는 아직까지 개발 초기 단계에 있지만, 그 잠재력은 매우 높다. 물리학자들이 계속해서 연구를 이어간다면, 상온 초전도체가 실현되는 날도 머지않을 것이다.

 

 

 

5.  상온 초전도체 관련주 현황

 며칠 전까지 2차 전지 관련주들의 주가가 하늘 높은 줄 모르고 치솟더니 국내 연구진의 상온 초전도체 개발 소식이 전해진 후 주가가 또다시 춤을 추고 있다. 2차 전지 관련주들은 폭락이나 숨 고르기를 하고 있고 상온 초전도체 관련주와 구리 관련주들이 뜨고 있는 상황이다.

 

1) 상온 초전도체 이슈 수혜주 : 모비스, 서남, 신성 델타테크, 덕성, 파워 로직스, 원익피앤이, 대창
2) 구리 관련주 : 서원, 이구산업, 국일신동