상온상압 초전도체 정말 개발됐나…기대 효과는

한국 연구진이 상온 상압 초전도체를 개발했다는 논문이 알려지면서 연일 과학계의 관심을 끌고 있다.

1일 과학계에 따르면, 지난 22일 논문 사전공개 사이트인 '아카이브'에는 온과 대기압 조건에서 초전도 현상을 보이는 초전도체에 관해 쓴 두 개의 논문이 올라왔다.

저자로는 이석배 퀀텀에너지연구소 대표와 회사 연구자, 권영완 고려대 연구교수, 오근호 한양대 명예교수, 지난해까지 한국전자통신연구원(ETRI)에 근무했던 김현탁 박사 등이 포함됐다. 해당 논문은 아직 학계의 검증을 받지 않은 상태다.

▲ 한국 연구진이 개발했다고 주장하는 상온 초전도체. [연합뉴스 제공]

◆ 상온상압 초전도체?

상온상압 초전도체(HTS, High-Temperature Superconductor)는 일반적인 전도체와 달리 특정 온도에서 매우 낮은 저항을 가지는 물질을 가리킨다. 초전도체는 특정 임계 온도 이하에서만 작동하며, 이 온도를 초전도 전이 온도라고 한다.

일반적인 초전도체는 매우 낮은 온도에서만 초전도 특성을 나타내는데, 이로 인해 저온기술이 필요하고 비용이 많이 들어가는 단점이 있다. 하지만 HTS는 상대적으로 높은 온도에서도 초전도 특성을 나타내기 때문에 '고온 초전도체'로도 불린다.

HTS는 대부분의 금속과 합금이 초전도 상태가 되지 않는 온도대에서도 초전도 특성을 나타내는 주요 물질들로 구성된다. 이러한 물질들은 높은 전류 밀도, 우수한 전기적 성능, 자기장 내에서 안정적인 동작 등 다양한 장점을 갖고 있다.

◆ 초전도 현상이란?

초전도 현상은 특정 온도에서 특정 물질의 전기 저항이 사라지는 현상을 말한다. 즉, 일정한 온도 이하에서는 해당 물질이 전기를 전달할 때 저항이 없어지는 현상을 말한다.

일반적으로 우리가 일상적으로 접하는 대부분의 물질들은 전기를 통과할 때 저항이 발생한다. 전기 저항은 전자들이 물질 내에서 진동하거나 충돌하여 전기에너지를 열로 변환하는 과정에서 발생한다. 그러나 초전도체의 경우 특정 온도 이하에서는 이러한 전자의 충돌이나 에너지 손실이 사라져 전기 저항이 거의 없어진다.

초전도 현상은 매우 흥미로운 물리 현상으로, 물질의 구조와 전자의 특성에 대한 깊은 이해를 요구하는 연구분야다. 초전도체는 저항이 없기 때문에 전기 손실이 없고, 자기 필드와 상호작용하여 자기 공명 이미징, 자기 부력열차 등 다양한 응용 분야에서 활용되고 있다.

◆ 초전도체 구리는 상온상압 초전도체는 아닌가

초전도체 구리(Cuprate Superconductor)는 고온 초전도체로 분류되지만, 여전히 상당히 낮은 온도에서만 초전도 특성을 나타낸다.

구리 기반의 초전도체는 1986년에 처음으로 고온 초전도체로 발견됐다. 이후 여러 가지 구리 기반의 화합물들이 고온 초전도체로 개발됐고, 이러한 물질들은 상대적으로 높은 온도에서도 초전도 특성을 나타낸다.

현재까지는 상온에서 작동하는 초전도체가 개발되지 않은 상태다. 이는 초전도 현상의 기초적인 이해와 물질의 구조에 대한 더 깊은 연구가 필요하기 때문이다.

◆ 상온에서도 초전도 현상이 일어날 수 있다면

현재까지의 초전도체는 주로 매우 낮은 온도에서만 초전도 특성을 나타내기 때문에, 냉각 장치와 비용이 많이 드는 저온 기술이 필요하다는 한계가 있다. 상온에서도 초전도가 가능하다면 여러 가지 현실적인 이점들이 있을 수 있다.

우선 초전도체는 저항이 없기 때문에 전기 전달 과정에서 발생하는 에너지 손실이 없어진다. 상온 초전도체로 전기 시스템을 만들 경우, 에너지 효율성이 크게 향상될 수 있다.

또 상온 초전도체로 개발되면 저온 냉각이 필요 없으므로 냉각 비용이 절감될 수 있다.

상온 초전도체는 냉각을 위한 복잡한 시스템이 필요 없기 때문에 다양한 응용 분야에서 더욱 쉽게 사용될 수 있다. 전기 전송, 발전, 자기 공명 이미징 등에 적용 가능성이 더욱 높아질 수 있다.

특히 상온 초전도체의 개발은 새로운 산업 분야의 혁신을 이끌 수 있다. 초전도체 기술을 기반으로 한 새로운 제품과 시스템이 개발되면, 이는 산업 혁신에 큰 기여를 할 수 있다.