韓 연구팀, 물리교과서 뒤집는 '증폭 초전도현상' 발견

차세대 양자컴퓨터 응용 가능성

왼쪽부터 이종수 경희대 응용물리학과 교수, 라마툴 히다야티 연구원, 김진희 연구교수. 경희대 제공

국내 연구팀이 자기에너지를 120%로 증폭하는 초전도 현상을 다중 금속 합금에서 처음으로 발견했다. 교과서에 있는 기존 이론을 뒤집는 결과로 향후 차세대 양자컴퓨팅 원리에 응용될 것으로 기대된다.

경희대는 이종수 응용물리학과 교수팀이 교과서에서 제시된 한계를 넘는 초전도체의 자기에너지 축적 현상을 확인했다고 16일 밝혔다. 연구결과는 지난달 24일(현지시간) 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'에 공개됐다. 

초전도는 극저온 환경에서 전자가 둘씩 '쿠퍼 쌍'을 이뤄 움직이며 에너지 손실 없이 전류가 흐르는 현상을 말한다. 초전도체의 특징 중 하나는 외부에서 가해준 자기장을 100% 바깥으로 밀어내는 마이스너(Meissner) 효과다. 자석 위에서 공중 부양할 수 있는 이유다.

그동안 초전도체가 스스로 자성을 띠는 경우 초전도 성질을 유지하는 것이 거의 불가능하다고 여겨졌다. 외부에서 가한 자기장보다 더 큰 자기에너지를 축적할 수 없다는 뜻이다.

자기에너지가 증폭된 초전도의 개념도. 외부에서 가해준 자기장 B는 초전도에 의해 100% 외부로 방출되고 내부에서 형성된 음의 스핀분극이 더해져서 120% 이상의 초전도 자기에너지가 초전도체 주변에서 축적된다. 경희대 제공

연구팀은 철(Fe)을 중심으로 5개 금속이 고루 섞인 고엔트로피 합금 초전도체 'NbTaTiZrFe'가 외부 자기장이 있는 환경에서도 자화된 상태를 유지한다는 사실을 발견했다. 초전도체 내부의 스핀이 외부 자기장과 반대 방향으로 정렬되면서 스스로 자화되는 것으로 나타났다. 스핀은 전자에서 방향과 크기를 갖는 물리량이다.

외부 자기장을 100% 밀어내며 동시에 스핀의 자화가 더해져 120% 이상의 자기에너지가 축적된다는 뜻이다. 이 교수는 "특정 상황에서는 기존 교과서 한계를 넘어설 수 있다는 것"이라고 설명했다. 

이 교수는 "초전도 현상의 새롭고 놀라운 발견"이라며 "향후 물리학의 꿈이라고 불리는 마요라나 초전도체 발견과도 연관되기 때문에 양자컴퓨터의 응용에도 연결될 것"이라고 설명했다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1002/adfm.202525380

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]