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'초전도체'란 무엇인가? 마이스너 효과란?

by 빵구스멜 2023. 8. 1.

요즘 우리나라, 아니 전세계의 과학계를 뜨겁게 달구고 있는 '초전도체'는 대체 어떤 논란이 있길래 이렇게 관심이 뜨거운지 알아보기 위해 오늘 초전도체에 관한 글을 포스팅해보려고 합니다.

 

초전도체란? 마이스너 효과?

매우 낮은 온도에서 전기저항이 0에 이르러 초전도현상이 나타나는 도체라고 정의됩니다. 초전도체의 핵심은 전기저항이 0이라는 점인데요. 대체 이게 왜 중요한 것이냐하면 전기를 사용하는데에 있어 저항은 전기량의 손실과, 발열을 일으키며 전자기기 등의 기능을 저하 시킵니다. 또한 초전도체의 가장 큰 특징은 바로 마이스너 효과인데요. 마이스너 효과란 초전도체 내부로 자기장이 침투하지 못하는 현상을 말합니다. 

위의 사진과 같이 자기장이 초전도체를 통과하지 못하여 서로 밀어내는 모습이 마이스너 현상입니다. 마이스너 효과에는 단순히 공중에 뜬 현상이라기보다는 공중에 뜬 채 고정되어있는 것처럼 정지되어있는 것이 특징이다.

그렇다면 현재 초전도체를 이용한 기술엔 무엇이 있을까?

초전도체를 활용한데에는 자기부상열차, 자기공명영상장치(MRI), 입자가속기, 핵융합로 등이 있습니다. 주로 아주 강한 자기장을 사용하고, 그 자기장의 힘을 이용해 고속으로 운동을 하게끔 하는데 이 과정에서 초전도체가 없다면 저항이나 입자분열, 플라즈마 이온에 의한 높은 열을 기계가 못견디기 때문에 마이스너 효과로 주변 물체와 접촉하지 못하게 초전도체 기술이 집중적으로 사용됩니다.

 

한국에서 상온, 상압의 환경에서 초전도체를 구현했다고?

초전도체가 만들어지는데에는 가장 중요한 조건이 있습니다. 바로 매우 낮은 온도입니다.(또는 기압을 몇십~몇백만배 올려 발연점을 높이는 방법도 있습니다.) 우리가 생각하는 겨울 정도의 온도가 아닌 헬륨이라는 기체가 액체로 존재하게끔 만들정도의 매~우 낮은 온도입니다. 실제로 금속의 온도는 떨어질수록 저항이 줄어들다가 매우 낮은 특정 온도에서부터는 저항값이 0이 되는 구간이 존재하는 금속이 있습니다. 현재 기술력은 그러한 금속들을 액체 질소나 액체 헬륨을 이용해 온도를 낮추어 활용하는 초전도체 기술을 사용합니다.

그러나 7월 22일, 세계 최초로 상온, 상압 조건에서 초전도체 성공 논문이 게제되었습니다. 그 논문을 쓴 사람들은 다름아닌 고려대 소속 퀀텀에너지연구소의 연구진이었는데요. 이 연구진들은 상온과 상압에서 작동하는 초전도체인 LK-99의 합성에 성공하였다고 합니다. 

하지만 초전도현상이 일어난 이유와, 이론은 아직 명확하지 않습니다. 그저 20년 간 1000여 번의 실험 끝에 되는 경우를 우연히 발견한 것이라고 하는데요. 그래서 이것이 정말 초전도체에 의한 마이스너 효과인지에 대해서는 전세계 과학계에서는 뜨거운 논쟁거리입니다. 

 

이 논문을 인정하지 않는 이유는 명확한 이론도 없고, 이전에도 많은 과학자들이 거짓 논문으로 상온 초전도체를 만들었다는 논문을 쓴 사례가 많기 때문입니다. 또한 한국 연구진들의 논문도 세부 사항이 부족하다는 평가와 전문적이지 않다는 평가를 받고 있고, Science지의 논평 요청에 답하지 않았다는 점에서 전문가들의 의심을 크게 사고 있습니다.

 

그럼에도 이번 상온 초전도체의 논문이 크게 화두에 오른 이유는 제조 과정이 명확히 게제됐다는 점에서 전세계 과학자들이 그대로 따라하며 결과를 확인할 수 있기 때문이라고 생각합니다. 그리고 정말 상온에서의 초전도체는 역대 최고로 큰 과학의 발전을 기대할 수 있게하며, 노벨상도 받을 수 있을만한 일입니다. 

 

이번 일로 인하여 초전도체에 관한 관심이 뜨거워지고 더욱 더 과학이 발전되어서 정말 확실한 상온 초전도체가 나온다면 그로 인하여 과학은 아예 차원을 뛰어넘는 성장을 할 수 있을 것입니다. 그 발견이 우리나라에서 나온다면 더할 나위없이 영광스러운 일이겠죠. 과학을 발전시키기에 앞서 먼저 우리가 과학에 관심을 가져야한다고 생각합니다. 감사합니다.