네이처 "LK-99, 초전도체 아냐…과학계 퍼즐 풀었다"

불순물인 황화구리가 마치 초전도체 같은 특성 보여
독일 막스플랑크연구소 "순수 LK-99 결정은 절연체"

독일 막스플랑크 고체연구소가 합성한 순수한 LK-99 결정. 출처:네이처

세계적인 학술지 네이처가 한국 연구진이 상온상압 초전도체라고 주장한 'LK-99'는 초전도체가 아니며, 불순물인 황화구리가 마치 초전도체처럼 보이는 특성을 띤다는 기사를 실었다.

16일(현지시간) 네이처 인터넷판에 실린 이 기사는 지난 4일 LK-99에 대해 회의적인 기사를 냈던 과학기자 댄 가리스토가 썼다.

네이처는 "과학계가 LK-99의 퍼즐을 푼 것 같다. 과학적 탐정 작업을 통해 이 물질이 초전도체가 아니라는 증거를 찾고 실제 특성을 명확히 밝혀냈다"면서 "구리, 납, 인, 산소의 화합물인 LK-99가 상온과 상압에서 작동하는 초전도체라는 기대를 무너뜨리는 결론"이라고 밝혔다. 네이처는 이 물질의 불순물, 특히 황화구리가 초전도체가 나타내는 특성과 유사한 전기 저항의 급격한 저하와 자석 위에서의 부분 부상의 원인이라는 사실이 밝혀졌다고 전했다.

7월 22일 한국의 퀀텀에너지연구소 연구진이 LK-99 논문을 아카이브에 공개한 후 전세계 연구진이 LK-99 복제를 시도했지만 한 곳도 성공하지 못했다. 네이처는 "수십 차례의 재현 시도 끝에 많은 전문가들은 LK-99가 상온 초전도체가 아니라는 증거가 있다고 자신 있게 말하고 있다"고 전했다.

한국 연구팀이 LK-99의 두 가지 특성으로 자기부상과 저항의 급격한 감소를 꼽았으나 중국 베이징대와 중국과학원, 미국과 유럽 연구진이 실험적 증거와 이론적 증거를 결합해 LK-99의 구조에서 초전도가 구현될 수 없는 이유를 설명했다고 네이처는 밝혔다. 호주 멜버른모나쉬대의 물리학자 마이클 푸러는 한국 연구팀이 샘플을 공개하면 추가적인 확인이 가능할 것이라고 말했다.

미 일리노이대 어바나-샴페인 캠퍼스의 화학자인 프라샨트 제인은 한국 연구진이 사전 공개한 논문에서 LK-99의 저항이 센티미터당 약 0.02옴에서 센티미터당 0.002옴으로 떨어진 온도로 104.8ºC를 제시했는데, 이는 LK-99에서 불순물로 만들어지는 황화구리가 상전이 되는 온도와 같다고 말했다. 황화구리는 이 온도 이하에서 저항이 급격히 떨어지는데, 이는 LK-99 연구진이 초전도 상전이 현상이라고 주장한 현상과 거의 같다는 것.

중국과학원의 물리학자 지안린 루오는 서로 다른 공정을 이용해 서로 다른 함량의 황화구리를 합성해 실험한 결과, 공기 중에서 가열해 황화구리 함량이 70%가 되도록 만든 샘플의 저항이 112°C(385K) 근처에서 급격히 떨어졌으며, 이는 한국 연구팀이 관찰한 것과 거의 일치했다고 밝혔다.

네이처는 "많은 이들이 LK-99가 상온 초전도체가 아니라고 확신하고 있지만 이 물질의 실제 특성은 무엇인지에 대한 의문은 여전히 남아있다"고 했다.

이 가운데 14일 독일 막스플랑크 고체연구소 연구팀은 순수한 단결정 LK-99를 합성하는 데 성공했다고 보고했다. 이 연구진은 부유 영역 결정 성장이라는 기술을 이용해 황화구리 불순물을 제거했다. 그 결과 투명한 보라색 결정의 순수한 LK-99가 만들어졌다. 이렇게 만든 LK-99는 초전도체가 아니라 수백만 옴의 저항을 가진 절연체로, 표준 전도도 테스트를 하기에 너무 높은 수준으로 분석됐다. 약간의 강자성과 반자성을 나타낼 뿐 초전도일 가능성은 없다고 연구팀은 결론 냈다.

한편 네이처는 화제가 됐다가 아무도 재현하지 못한 채 천천히 잊혀진 다른 많은 과학적 이슈와 달리 LK-99는 과학계가 비교적 빠르게 결론에 도달한 사례라고 짚었다. 실제로 1986년 산화구리 초전도체가 발견됐을 때 연구자들이 특성 조사에 뛰어들었지만 거의 40년이 지난 지금도 관련 논쟁은 이어지고 있다. 안경애기자 naturean@dt.co.kr