특정 물질을 식히면 전기 저항이 0이 되는 「초전도」라는 현상에 대해 상온에서도 초전도를 실현한다는 지금까지의 상식을 뒤집는 논문이 2023년 7월 22일에 제출되었습니다. 이 논문의 내용에 대해서 유기화학자 겸 라이터인 데렉 로우 씨가 설명했습니다.
Breaking Superconductor News | Science | AAAS
https://www.science.org/content/blog-post/breaking-superconductor-news
금속이나 화합물 등의 물질을 극저온까지 식히면 일어나는 초전도는 기본적으로 -200도 가까운 온도까지 식히지 않으면 생기지 않고 액체 질소의 비점인 77K(약 -196도) 이상의 온도에서 초전도 현상을 일어나면 고온 초전도라고 불릴 만큼 저온환경에서의 발생이 상식인 것으로 알려졌었습니다.
그러나 이 초전도를 최대 127도의 환경에서도 실현했다는 논문이 갑자기 프리프린트 서버의 arXiv에 공개되면서 초전도에 관심을 가진 연구자들은 크게 흥분했습니다.
The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor
https://doi.org/10.48550/arXiv.2307.12008
Superconductor Pb10−xCux(PO4)6O showing levitation at room temperature and atmospheric pressure and mechanism
https://doi.org/10.48550/arXiv.2307.12037
저자들은 논문에서 구리를 첨가한 납재료 'LK-99'에 대해 설명했습니다. LK-99는 산화납과 황산납의 특징을 가진 광물 '라나카이트(Pb2(SO4)O)'를 조제하여 만들어집니다. 이와는 별도로 구리원소와 인원소로 잘 알려진 화합물인 인화구리(Cu3P)를 새롭게 조제하고 이들 2개의 물질을 1:1의 비율로 분쇄하여 혼합물을 진공 배기한 석영관에 밀봉한 후 925℃까지 가열하면 화학식 Pb10-xCux(PO4)6O의 LK-99가 형성되어 암색의 다결정체가 된다는 것. 로우 씨는 “그 구조는 잘 알려진 인산염 광물인 아파타이트 납과 매우 비슷하지만 격자 중의 특정 납원자가 구리원자로 치환되어 결정학적 단위포가 약간 작아지고 있다”고 설명했습니다.
그리고 이 화합물에 초전도체가 가지는 밖으로부터의 자기장을 상쇄하도록 역방향으로 자화한다는 특징인 '완전 반자성(마이스너 효과)'가 갖추어져 있다고 합니다. 저자들은 이 물질의 왜곡된 구조가 특정 납원자와 그것에 결합된 인산기의 인접한 산소 사이에 다수의 양자샘이 형성되어 사실상 2차원의 전자가스를 만들고 있다고 생각합니다. 로우 씨는 “저는 이 제안을 판단할 수 있을 만큼 고체물리학에 대한 지식을 가지고 있지는 않습니다. 이 논문은 데이터를 제시하고 마이스너 효과, 임계온도에서의 저항률의 급격한 변화 등 초전도체가 가져야 할 거동을 실증하고 있습니다. 이 데이터가 재현되면 이 물질의 초전도성은 의심할 여지가 없습니다”라고 보았습니다.
업계를 뒤흔드는 발견이 될 것이라고 기대되고 있는 이 LK-99에 대해서 로우 씨는 제조순서가 극히 단순하다는 것을 장점으로 들고 있습니다. 로우 씨는 “정말 연구자들의 주장대로 되기를 바랍니다. 사실이라면 노벨상 수준의 발견이며 전세계의 고체재료연구소가 LK-99의 합성과 특성을 재현하려고 시도할 것이고 곧 첫 번째 샘플이 곧 나올 것"이라고 기대를 나타냈습니다.
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