100년 이상 저온 현상으로 취급되어 온 '초전도'를 실온에서 성공

By Argonne National Laboratory https://www.flickr.com/photos/argonne/

초전도는 특정 금속이나 화합물을 냉각했을 때, 그 물질의 전기 저항이 제로가 되는 현상입니다. 초전도가 발견된 1911년 이후 초전도는 '저온에서 발생하는 것'이라고 취급되어 최고 섭씨 영하 23도의 환경에서 발생했습니다. 그러나 미국 로체스터대학의 연구팀에 의해 초전도가 실온에서도 발생하는 것으로 밝혀졌습니다.

Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2801-z

For The First Time, Physicists Have Achieved Superconductivity at Room Temperature
https://www.sciencealert.com/for-the-first-time-superconductivity-has-been-achieved-at-room-temperature

For The First Time, Physicists Have Achieved Superconductivity at Room Temperature

2020년 10월 14일 (수)에 발표된 로체스터대학의 물리학자인 랑가 디아즈 씨 연구팀은 세계 최초로 섭씨 15도의 온도에서 '상온 초전도'실험에 성공한 것으로 밝혀졌습니다.

디아즈 씨 등의 발견 이전에는 황화수소와 랜턴 수소화물 등의 화합물로 초전도의 발생 온도를 상승시키고 있었습니다. 섭씨 영하 23도의 초전도에 성공한 랜턴 수소화물은 170기가파스칼(GPa)의 초고압 하에서 초전도가 되는 것으로 확인되었습니다. 높은 온도에서 초전도되기 쉬운 공통의 원자는 자연계에서 가장 가벼운 원소인 '수소'였습니다.

디아즈 씨도 "저온이 아닌 환경에서 초전도를 실현하기 위해서는 강력한 화학 결합과 가벼운 원자가 필요했습니다. 강력한 결합 중 하나는 수소 결합이며, 가장 가벼운 수소입니다"라고 말하며 자신의 실험에 수소를 사용했다고 합니다. 그러나 가스상태의 수소는 절연체이며, 초전도 물질로 만들기 위해서는 고압 하에서 고체화해야 합니다. 디아즈 씨 연구팀은 수소와 탄소, 유황을 합성한 'Carbonaceous sulphur hydride(탄소질 수소화 유황)'로 실험을 실시하여 섭씨 15도, 압력 270GPa 환경에서 초전도 상태를 실현할 수 있다는 것을 발견했습니다.

상온 초전도의 발견에 대해 디아즈 씨는 "초전도와 같은 뛰어난 성질을 가진 물질은 '저온'이라는 제약으로 인해 많은 사람이 그리는 방식으로 세계를 변혁할 수 없습니다. 그러나 우리의 발견은 저온이라는 장벽을 깨고 많은 잠재적인 응용에 문을 열 것입니다"라고 설명합니다.

Levitation of a magnet on top of a superconductor https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Levitation_of_a_magnet_on_top_of_a_superconductor_2.jpg (Author : Julien Bobroff (user:Jubobroff), Frederic Bouquet (user:Fbouquet), Jeffrey Quilliam, LPS, Orsay, France)

상온 초전도가 발생한 물질의 크기는 25~35 마이크로미터로 매우 작고 초전도 발생에 필요한 압력도 매우 높아서 디아즈 씨 등의 발견을 실용 가능한 기술로 사용할 수 있기까지는 오랜 시간이 걸릴 것으로 전망되고 있습니다. 연구팀은 "연구의 다음 단계는 물질의 성분을 조정하여 필요한 압력을 감소하는 것입니다. 상온 상압의 초전도체가 이제야 손이 닿는 곳까지 왔습니다"라고 말합니다.