1. 상온 초전도체 현상에 성공한 한국
한국이 상온 초전도체 현상에 성공했다는 소식에, 교수님은 "깜짝 놀랐다"고 답하셨다. 그전에 상온에서 초전도를 구현했다는 연구가 최근 발표됐지만, 굉장히 높은 압력하에서 초전도 현상을 만들어낸 거였다.
그런데, 이번 아카이브에 올라간 이 논문에선 실온에 거기다 압력도 대기압하에서초전도 현상이 구현됐다는 것이다. 김범준 교수님 강의 中 "저도 우리나라 국민의 한 사람으로서 이번에 발표된 상온상압 초전도체가정말로 구현되기를 바라고 있는데요. 그런데 사실 요즘 많은 물리학자들이 고개를 갸웃하고 있는게 현실입니다."
그래서 정말로 상온상압 초전도체일가능성이 있다고 당장 말하긴 어렵다. 조금 시간을 갖고 여러 다양한 연구 그룹의 실험 결과를기다려봐야 하는 상황이다.
2. 세계 각국 초전도체 실험 상황
최근 상온상압 초전도체의 가능성을 이야기한 논문이 '심사 과정'은 없었다. 그래서 시료를 만들 수 있는 여러 실험 그룹들이 결과 재현을 위해 여러 시도들을 하고 있다. 김범준 교수님 강의 中 "점점 제 솔직한 생각은 고개를 갸웃하는 사람들이더 늘어나고 있는 것 같아요." 정말로 상온상압에서의 초전도체라면, 반드시 가져야 할 2가지 특성이 있다.
1) 저항이 정확히 0일 것
2) 완벽한 반자성을 보이는 마이스너 효과
반자성은 굉장히 많은 물질에서 구현되는데, 초전도체가 갖고 있는 반자성의 특성은 '완벽한' 반자성 물체가 된다는 것이다. 초전도체 내부에는 외부의 자기장이 단 하나도 들어올 수 없을 정도로 완벽한 반자성을 보여야 한다. 이 두 가지 조건을 실험으로 확인해야 해서, 여러 전 세계 실험 그룹이 재현하려 노력 중이다.
결과는
1) 반자성 확인. 하지만 '완벽한' 반자성이어서 마이스너 효과라 할 수 있는진 잘 모르겠단 케이스.
2) 반자성 자체도 구현이 안된 케이스
3) 전기저항은 0에 가까운 것 처럼 보이지만 전기저항이 0인지 확인불가인 케이스
4) 전기저항이 0에 가까워도, 반자성이 명확하지 않은 케이스
즉, 재현에 성공한 실험그룹은 아직 없다. 또 '이 특징을 가졌으니, 이건 분명히 초전도체다.'라고 받아들이면 절대 안된다. 따라서 한국에서 만들어낸 초전도체가구현될 수 있다고 증명됐다고 오해하면 안되고,일부 특성이 비슷하다 정도로만 '조심스럽게' 받아들이는게 맞다.
3. 초전도체를 최초로 발견한 사람
1911년, 오네스라는 사람이 초전도 현상을 처음 발견했다. 그리고 1913년 노벨상을 받았는데, 오네스가 상을 받은 업적은 헬륨을 액화한 것이었다.
초전도 현상은, 아주 온도가 낮을 때만 일어난다. 온도를 낮추기에 좋은 물질이 바로 액체헬륨이다. 같은 방식으로 액화한 헬륨 안에
무언가를 넣으면 그 물질은 액체 헬륨의 끓는 점까지 온도가 내려갈 수 있다. 아주 낮은 온도를 구현한다는 건, 끓는 점이 낮은 물질을 액체로 만드는 기술과 같다. 오네스는 이렇게 낮은 온도에서 수은의 저기저항을 측정해봤는데 저항이 특정한 온도에서 갑자기 0으로 떨어진다는 실험 결과를 논문으로 발표했다.
전기 저항이 어떻게 0이 된걸까? 왜 초전도체가 되는지는 BCS 이론으로 설명된다. 바딘, 쿠퍼, 슈리퍼 세 사람이 만든 이론이라 BCS 이론이라 부른다. 1972년 노벨상을 받은 유명한 연구로, 전자 두 개가 있으면 전자는 전하가 둘 다 마이너스이기 때문에 서로 밀어낸다. 짝을 이루지 못한다.
고체 안에 결정 구조가 있는데 첫번째 전자가 지나가면서 고체를 구성하고 있는 원자 핵들을 진동시킨다. 그런데 두번째 전자가 지나가면서 그 진동에 의해 마치 첫 번째 전자가 잡아 끄는 것처럼 보인다. 이것이 가장 중요한 초전도 메커니즘의 원리다.
파울리의 배타 원리 : 전자같은 스핀이 2분의 1인 입자, 이 페르미온은 한 에너지 상태에 두 개가 들어갈 수 없다. 바닥 상태와 그 다음 에너지 상태 사이의 에너지 갭이 어떤 물질의 성질에 의해 결정되는지도 표준적인 BCS이론에 의해 알 수 있다.
수소는 우주에서 가장 가벼운 원자이기 때문에 BCS 이론에 의해, 높은 온도에서 초전도를 구현하려면수소가 도움이 된다는 사실엔 고개를 끄덕일 수 있다. 이번 연구에선 표준적인 이론이 아닌 어떤 방식으로 구현된건지 아무도 메커니즘을 이해하지 못하고 있는 상황이다.
고압 초전도체는 어떻게 만들까? 수소가 꼼짝을 못하고 고체 배열을 이루려면, 엄청나게 높은 압력으로 눌러야 한다. 이와 관련된 논문이 철회되어 상온상압 초전도체가 어떻게 구현됐는지에 대해, 고개를 갸웃하고 있는 사람들이 많은건 분명하다.
4. 상온 초전도체가꿈의 물질인 이유
초전도체가 갖고 있는 속성 중 하나가 저항이 0이라는 건데, 0에 가까운게 아니라 '정확히' 0이라는 점에 주목해야 한다. 초전도체가 내려가려고 하면 자석에 가까워지면서 자기장이 강해지는데,이 초전도체 둘레에 초전도전류가 흐르면서 외부의 자기장을 완벽히 차단한다.
상온상압 초전도체가 만들어지면우리가 살아가는 컴퓨터 안에초전도체를 이용할 수 있고, 양자 컴퓨터를 상온상압에서 만들어내는 것도 가능하다. 먼 미래에 노트북과 같은 컴퓨터에 들어가는 모든 소자가 초전도에 기반한 소자로 바뀌면, 아무리 게임을 해도 컴퓨터가 뜨거워지지 않고, 무릎 위의 양자 컴퓨터를 구현할 수 있게 된다.
5. 핵융합에도 사용될 수 있는지 여부
핵융합을 만들어내려면 높은 온도와 높은 압력을 구현해야 한다. 초전도체가 구현된다면 자기장을 만드는 비용을 굉장히 줄일 수 있다. 지금 MRI가 초전도체를 이용하는 것처럼 온상압 초전도체가 구현된다면 가능할 수도 있다.
MRI에 초전도체를 쓰는 이유는 다음과 같다. 엄청나게 큰 자기장이 필요한데, 그러려면 엄청나게 큰 전류를 흘리면서 자기장을 만들어내야 한다. 초전도체를 이용하지 않으면 우리는 지금 MRI 장치를 사용할 수 없을 정도다.