노벨상급, 韓 초전도체 '발견'…떠들석한 과학계 3가지 쟁점

아직 동료평가 거치지 않은 논문, 온라인 사이트에 사전 공개
한국 연구팀 발표한 재료, 초전도체 구현과 데이터 미비 한계
다만 재료·구현 기술 모두 공개해 신중론도…美연구소 검증 중

초전도 현상으로 물체가 공중에 뜬 모습. 초전도 현상은 특정 물질을 임계온도 이하로 냉각시켰을 때 전기 저항이 0이 되고 내부 자기장으로 공중에 뜨는 현상을 말한다. / 사진=미국에너지부(DOE)

한국 과학자들이 초전도 현상을 상온·상압에서 구현했다고 발표하면서 진위 여부를 둘러싼 갑론을박이 이어지고 있다. 초전도 현상은 특정 물질을 임계온도 이하로 냉각시켰을 때 전기 저항이 0이 되고 내부 자기장으로 공중에 뜨는 현상이다. 초전도체로 자기부상열차나 핵융합 발전 등을 실현시킬 수 있지만, 이번 논문이 아직 검증되지 않아 신중해야 한다는 목소리가 나온다.

31일 과학계에 따르면 이석배 퀀텀에너지연구소 대표(고려대 창업기업) 등 연구팀은 최근 논문 사전공개 사이트 '아카이브'(arXiv)에 상온·상압 조건에서 납 기반 초전도체 물질을 세계 최초로 만들었다고 발표했다. 논문은 학술지에 등재되려면 동료평가를 거쳐야 한다. 하지만 아카이브에는 동료평가를 거치지 않은 논문이 온라인에 사전 공개돼 여러 한계를 지닌다.

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꿈의 초전도 현상, 110여년간 정복 연구

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초전도 현상은 1911년 네덜란드 물리학자 헤이커 카메를링 오너스(Heike Kamerlingh Onnes)가 처음 관찰했다. 이 초전도 현상은 1957년 미국 물리학자 존 바딘(John Bardeen), 레온 쿠퍼(Leon Cooper), 존 쉐리퍼(John Schrieffer)가 자신들의 이름을 따 BCS 이론으로 정립시켰다. 초전도 현상 발견과 BCS 이론을 만든 공로로 네 사람 모두 노벨 물리학상을 받았다.

하지만 110년 넘게 초전도체 구현은 이뤄지지 않고 있다. 초전도체가 고압의 영하 조건에서만 구현할 수 있기 때문이다. 처음 발견됐을 땐 절대온도 4K(-269℃)에서 나타났고 1986년 구리 산화물 세라믹 물질도 90K(-183℃)에서 구현됐다. 물이 100℃라는 임계점에서 끓는 것처럼, 초전도체는 물질에 따라 냉각되는 임계점이 달라져 수많은 조건을 고려해야 한다.

이런 상황에서 한국 과학자들이 상온·상압 조건에서 초전도체를 구현했다고 발표하니 주목받는 것이다. 이들은 납과 구리, 인회석(인산염 광물 일종)을 사용해 새로운 결정구조인 'LK-99'를 개발했다고 발표했다. LK-99를 400K(127℃) 조건에서 초전도 현상을 구현했다는 게 핵심이다. 현재 논문이 주목받는 배경은 물질 재료와 제작 과정 등이 공개돼서다.

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회의론 다수지만, 美 연구소 검증 중…과학계 3가지 쟁점은

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앞서 미국 로체스터대 연구팀은 2020년 국제학술지 네이처에 상온 초전도체를 발견했다고 발표했지만, 당시 데이터 조작이 드러나면서 지난해 논문을 철회했다. 독일 막스플랑크 연구소 과학자들도 2015년 황화수소를 고압으로 압축해 영하 절대온도 203K(70℃)에서 초전도 현상을 구현하고 이를 점진 발전시켰지만 상온 수준까진 이르지 못했다. 이 때문에 이번 논문에 대해서도 회의적인 시각이 많다.

① 무엇보다 이번 논문은 동료평가를 거치지 않고 온라인에 사전 공개됐다. 마이클 노먼(Michael Norman) 미국 아르곤국립연구소 박사는 최근 국제학술지 사이언스에 "연구팀은 정말 아마추어처럼 보인다"며 "초전도 현상에 대해 잘 알지 못하며 일부 데이터를 제시한 방식은 수상하다(fishy)"고 지적했다.

② 연구팀이 발표한 데이터와 재료가 초전도체를 구현하기엔 한계가 있다는 회의적 시각도 나온다. 노먼 박사는 "납과 인회석은 전기가 흐르지 않는 비전도성 광물"이라면서 "초전도체를 만들기 위해선 의미 있는 시작은 아니다"라고 밝혔다.

③ 다만 데이터가 다소 부실하지만 논문에 대다수 내용이 공개된 만큼 검증이 이뤄져야 한다는 신중론도 나온다. 나디아 메이슨(Nadya Mason) 미국 일리노이대 교수는 "데이터가 약간 엉성하다"면서도 "연구팀이 적절한 데이터와 그들의 제조 기술을 명확히 했다는 점에 감사하다"고 말했다.

현재 미 아르곤국립연구소 등이 논문의 물질 재현을 시도 중이다. 초전도체가 상온에서 만들어진다면 전기 저항 없이 무손실 송전이 가능해진다. 또 자기부상열차나 핵융합 발전 등 꿈의 기술이 실현될 수 있다.

익명을 요구한 서울대 물리천문학부 교수는 "논문에 보고된 내용만으로는 초전도 현상을 구현할 수 있을지는 의문"이라면서 "현재 회의적 시각이 대다수지만 현재 관련 데이터가 모두 공개됐고 미국에서 검증 절차가 이뤄지고 있는 만큼 결과를 기다릴 필요가 있다"고 밝혔다.

김인한 기자 science.inhan@mt.co.kr