네이처 “LK-99 초전도체 아냐…비슷해 보이는 불순물”

독일 막스플랑크 연구소 “초전도체 현상은 불순물 때문”
국내 학계는 LK-99 재현에 나서

지난 7월 국내 민간 연구기업에서 상온 초전도체를 개발했다고 주장하면서 초전도 현상에 관한 관심이 높아지고 있다. ‘마이스너·옥센펠트 효과’ 때문에 초전도체가 떠오르는 현상을 관찰할 수 있다. 미 에너지부 제공

독일 슈투트가르트 막스플랑크 고체연구소 연구팀이 한국 연구진이 상온·상압 초전도체라고 발표한 ‘LK-99’가 초전도 유사 현상을 보이는 이유를 규명, LK-99가 초전도체가 아니라는 사실을 밝혀냈다고 과학저널 ‘네이처’(Nature)가 16일(현지시간) 보도했다.

네이처는 파스칼 푸팔 박사가 이끄는 막스플랑크 고체연구소 연구팀이 LK-99의 순수한 단결정 합성에 성공했으며 LK-99 단결정은 초전도체가 아니라 오히려 절연체임을 밝혀냈다고 전했다.

연구팀은 지난 14일 공개한 이 연구에서 한국 연구팀이 제시한 초전도 유사 현상은 LK-99 제조 과정에서 생긴 불순물인 황화구리(C₂S)로 인한 것이라며 “우리는 초전도 존재를 배제한다”고 결론 내렸다.

네이처는 독일 연구팀의 결론은 구리와 납, 인, 산소로 이루어진 LK-99가 사상 최초의 상온·상압 초전도체를 발견한 것이기를 바라는 사람들을 실망시키는 것이라고 전했다.

이 문제를 검증해온 미국 데이비스 캘리포니아대(UC 데이비스)의 응집물질 물리학자 이나 비시크 교수는 “이 시점에서 (LK-99를 둘러싼) 상황이 상당히 결정적으로 해결된 것으로 생각한다”고 말했다.

네이처에 따르면 독일 연구팀은 한국 연구팀과 검증에 나선 외국 연구팀들이 LK-99를 도가니에서 가열해 제조한 것과 달리 ‘부유 영역 결정 성장’(floating zone crystal growth) 기법으로 황(S)의 침투를 방지, 황화구리 불순물이 없는 순수한 LK-99 단결정(single crystals)을 만드는 데 성공했다.

연구팀이 만든 LK-99 단결정은 투명한 보라색으로, 실험 결과 초전도체가 아니라 저항이 수백만 옴(Ω)에 달하는 절연체로 밝혀졌으며 약간의 강자성과 반자성을 나타내지만, 자석 위에서 뜰 정도는 아닌 것으로 드러났다.

푸팔 박사는 LK-99에서 발견된 초전도 유사 현상은 순수한 단결정에는 없는 황화구리 불순물에서 기인한 것으로 보인다며 이 실험 결과는 (고체 특성을 규명하는데) 단결정이 필요한 이유를 정확히 보여준다고 말했다.

네이처는 한국 연구진이 지난달 논문 사전공개 사이트 ‘아카이브’(arxiv.org)를 통해 ‘사상 최초 상온·상압 초전도체 LK-99 발견’을 발표한 뒤 전 세계에서 큰 관심 속에 진행되어온 검증 작업을 소개하고 많은 연구자가 이번 논란의 교훈을 되돌아보고 있다고 전했다.

프린스턴대 고체화학자 레슬리 숩 교수는 “LK-99 이전에도 (초전도 현상과 관련한) 밀도함수이론(DFT)에 대해 주의해야 한다는 강연을 해왔다”면서 “(이번 사건에서) 성급한 계산에 따른 교훈이 분명히 드러났다”고 지적했다.

일부 평론가들은 LK-99 사례가 과학 재현성의 모델이라고 지적하는 반면 다른 평론가들은 큰 화제가 된 퍼즐이 이례적으로 빨리 해결됐다고 말한다고 네이처는 전했다.

UC 데이비스 비시크 교수는 “1986년 산화구리 초전도체가 발견됐을 때 많은 연구자가 그 특성 조사에 뛰어들었지만 거의 40년이 지난 지금도 논쟁은 계속되고 있다”며 “이에 비해 LK-99를 규명하려는 노력은 쉽게 이루어졌고 이런 일은 비교적 드물다”고 말했다.

이런 가운데 국내 학계는 LK-99 재현에 나섰다. LK-99 제조에 필요한 재료인 황산납이 확보됨에 따라 국내 학계가 본격적인 재현 시편(샘플) 제작에 나선 것이다.

전날 한국초전도저온학회 측은 LK-99 검증위원회에 참가 중인 경희대, 서울대, 성균관대, 포항공대 등 6개 연구실이 LK-99 제작에 들어갔다고 밝힌 바 있다.

퀀텀에너지연구소 등이 지난달 22일 논문 공개 사이트 ‘아카이브’에 게재한 논문에 따르면 황산납은 LK-99의 핵심 재료다.

해당 논문에는 LK-99를 만드는 레시피가 담겨있다. 학회 측은 샘플 제작까지는 약 2주가 걸리고, 이후 초전도체 특성을 확인하는데도 약 열흘 정도가 필요할 것으로 보고 있다. 이르면 다음 달 초에는 국내에서도 LK-99의 상온 초전도체 여부를 확인할 수 있을 전망이다.

이범수 기자

▶ 밀리터리 인사이드 - 저작권자 ⓒ 서울신문사 -