초전도 음의 자화 120% 한계 넘었다…경희대 연구팀 세계 첫 확인

초전도 내부 스핀이 자기장과 반대 방향으로 정렬
고체물리 교과서의 ‘완전 반자성’ 수준 넘는 현상 확인
마요라나 초전도 연구와 양자컴퓨터 응용 가능성 제시

경희대 응용물리학과 이종수 교수, 라마툴 히다야티 박사, 김진희 연구교수. 경희대 사진 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 초전도체에서 자기에너지가 기존 이론의 한계를 넘어 축적되는 새로운 물리 현상을 세계 최초로 발견했다.

경희대학교 이종수 응용물리학과 교수 연구팀(주 저자 라마툴 히다야티 박사, 김진희 연구교수)은 초전도 내부 스핀이 외부 자기장과 반대 방향으로 정렬하면서 자화가 기존 ‘완전 반자성’ 수준을 넘어서는 ‘거대 음의 스핀분극 초전도’ 현상을 확인했다고 16일 밝혔다. 연구 결과는 소재 분야 국제 학술지 'Advanced Functional Materials(IF=19)'에 내부 표지논문으로 게재됐다.

초전도체는 전기 저항이 ‘0’이 되는 물질이다. 한 번 흐른 전류가 손실 없이 유지되고, 외부 자기장을 밀어내는 마이스너 효과를 보이는 것이 대표적이다. 이 때문에 초전도는 자석 위에서 공중 부양을 하게 된다.

연구팀은 초전도의 음의 자화가 100%에서 120% 이상 될 수 있음을 확인했다. 기존 고체물리학 교과서에서는 외부 자기장의 에너지보다 더 큰 에너지로 자기에너지를 축적하기 어렵다고 본다. 이에 대해 이종수 교수는 “특정한 원리에서는 기존 교과서의 한계를 넘어설 수 있음을 보였다”고 설명했다.

연구팀은 철계 고엔트로피 합금 초전도에서 초거대 음의 자화 현상을 발견하고, 원인을 파악하기 위해 포항공대 심지훈, 김지훈 교수와 공동연구를 진행했다. 다양한 실험이론적 방법으로 초전도 내부의 스핀들이 외부에서 가해준 자기장의 방향과 반대 방향으로 정렬하는 특이한 현상을 규명했다. 이러한 특성으로 초전도성이 외부 자기장을 100% 밀어냄과 동시에 자기장과 반대 방향으로 정렬하는 스핀의 자기화 성질이 더해져 120% 이상의 자기에너지가 축적된다는 사실을 확인했다.

이종수 교수는 "초전도 현상의 새롭고 놀라운 발견”이라고 강조하며 “향후 물리학의 꿈이라고 불리는 마요라나 초전도 발견과 연관되기 때문에 양자컴퓨터의 응용에도 연결될 것”이라고 말했다. 한편 이번 연구는 산업통상자원부 알키미스트 과제의 지원을 받아 수행됐다.

spring@fnnews.com 이보미 기자