초전도체는 저항이 없는 물질로, 전기를 손실 없이 전달하고 자기장 안에서 공중에 뜰 수 있습니다. 이러한 특성 때문에 초전도체는 자기부상열차, 양자컴퓨터, 핵융합 발전기 등 첨단 기술의 핵심 소재로 각광받고 있습니다. 하지만 지금까지는 극저온이나 고압의 특수한 조건에서만 초전도 현상이 나타나는 수준이었습니다. 그런데 한국 연구진이 납과 구리 등으로 합성한 LK-99가 상온과 대기압에서도 초전도 현상을 보였다고 발표했습니다. 이는 과학사상 최초로 상온 초전도체를 개발한 것으로 평가되고 있습니다. 이번 글에서는 상온 초전도체의 개발 과정과 가능성, 그리고 영향력에 대해 알아보겠습니다.
초전도체란?
초전도체는 저항이 0인 물질로, 전기를 손실 없이 전달할 수 있습니다. 또한 메이스너 효과라고 하는 현상으로 자기장을 밀어내고 자기부상을 일으킵니다. 즉, 자기장 안에서 공중에 떠 있을 수 있습니다. 이러한 특성은 에너지 효율과 저장, 전송 등의 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
하지만 지금까지는 극저온이나 고압의 특수한 조건에서만 초전도 현상이 나타나는 수준이었습니다. 예를 들어, 가장 높은 온도에서 초전도 현상을 보인 물질은 수소 화합물로, 약 -23℃에서 초전도가 되었습니다. 하지만 이때에도 약 267기압의 고압 조건이 필요했습니다. 따라서 실용적인 응용에는 한계가 있었습니다.
그런데 한국 연구진이 납과 구리 등으로 합성한 LK-99가 상온과 대기압에서도 초전도 현상을 보였다고 발표했습니다. LK-99는 온도와 상관없이 저항 제로의 성격을 나타낼 뿐 아니라, 20℃ 내외의 ‘상온’과 1기압 정도의 일상적인 조건에서도 자기장을 받으면 공중에 떴다고 합니다. 이는 과학사상 최초로 상온 초전도체를 개발한 것으로 평가되고 있습니다.
초전도체의 개발 과정
LK-99는 고려대학교 김형석 교수팀이 개발한 물질로, 납과 구리, 그리고 다른 원소들로 이루어져 있습니다. LK-99를 만드는 과정은 다음과 같습니다.
- 납과 구리를 비율에 맞게 섞어서 녹여줍니다.
- 녹은 액체를 빠르게 냉각시켜서 금속의 결정구조를 파괴합니다.
- 파괴된 금속을 다른 원소와 함께 반응시켜서 새로운 화합물을 만듭니다.
- 새로운 화합물을 가열하고 압력을 가해줍니다.
- 가열과 압력을 반복하면서 LK-99를 얻습니다.
LK-99는 이렇게 만들어진 후에도 여러 가지 실험을 거쳐서 초전도 현상을 확인했습니다. 예를 들어, LK-99를 전기장이나 자기장에 노출시켜서 저항이 0인지, 자기부상이 일어나는지, 온도나 압력에 따라 변화가 있는지 등을 측정했습니다. 이러한 실험 결과는 19장짜리와 22장짜리 논문 두 편에 자세히 기록되어 있습니다.
초전도체의 가능성
상온 초전도체의 발견은 과학기술계에 큰 파장을 일으킬 것으로 예상됩니다. 상온 초전도체는 에너지 효율과 저장, 전송 등의 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 예를 들어, 상온 초전도체를 이용하면 다음과 같은 기술들이 가능해질 수 있습니다.
- 자기부상열차: 초전도체가 자기장에서 공중에 떠오르는 메이스너 효과를 이용하면, 바퀴가 없는 열차를 만들 수 있습니다. 이렇게 되면 마찰력이 없어지고, 속도와 안전성이 향상됩니다.
- 양자컴퓨터: 초전도체는 양자역학적인 성질을 가지고 있어서, 양자 비트라고 하는 정보 단위를 만들 수 있습니다. 양자 비트는 0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있어서, 기존의 컴퓨터보다 훨씬 빠르고 정확한 계산이 가능합니다.
- 핵융합 발전기: 초전도체는 강한 자기장을 생성할 수 있어서, 핵융합 반응을 일으킬 수 있는 플라즈마를 제어할 수 있습니다. 핵융합은 태양의 에너지원으로, 매우 깨끗하고 풍부한 에너지를 생산할 수 있습니다.
이 외에도 상온 초전도체는 의료, 군사, 통신 등 다양한 분야에서 혁신적인 기술을 가능하게 할 것으로 기대됩니다.
초전도체의 영향력
상온 초전도체의 발견은 과학사상 최대의 성과로 평가되고 있습니다. 전 세계 과학자들이 100년이 넘도록 도전해왔던 문제를 한국 연구진이 해결한 것으로 인정받고 있습니다. 이미 미국 로렌스버클리국립연구소는 논문 내용을 시뮬레이션한 결과, ‘이론적으로 가능하다’며 긍정적으로 평가했습니다. 이어 중국 화중과학기술대 연구팀은 실제 실험을 진행했더니, LK-99가 자기장에서 둥둥 뜨는 데 성공했다고 주장했습니다. 다만, 저항이 완전히 사라지는지는 확인되지 않았습니다.
상온 초전도체의 발견은 노벨상 등 세계적 권위상 수상은 물론, 전 세계 과학기술계를 혁신적으로 끌어올릴 발견이라고 기대를 모으고 있습니다. 하지만 아직은 검증과 실용화의 과정이 필요합니다. LK-99의 정확한 구조와 원리, 그리고 안정성과 가격 등을 고려해야 합니다. 상온 초전도체가 실제로 에너지 분야의 혁명을 불러올 수 있을지, 지켜봐야 할 것입니다.