초전도체는 무엇이며 LK-99가 갖는 의미는?

 '초전도체(Superconductor)'는 특별한 온도에서 저항이 완전히 사라지는 현상인 초전도를 나타내는 물질을 의미합니다.  세상에 존재하는 모든 물질에는 전기흐름을 방해하는 '전기저항'이 있습니다. 전기저항력이 낮을수록 전기가 잘 통하겠죠. 초전도체는 전기저항이 '0'인 물건입니다. 전기가 잘 흐르는 도체를 뛰어넘는 물질입니다.

 

전기저항 물질의 종류

 

우리 주변에 존재하는 물질은 전기저항의 관점에서 살펴보면, 전기가 얼마나 잘 통하느냐에 따라 세 가지로 분류할 수 있습니다.

 

1. 도체 Conductor): 도체는 전기나 열이 잘 흐르는 물질입니다. 예를 들면 금, 은, 철, 알루미늄, 구리 등입니다.

 

2. 부도체(Insulator): 도체와 반대로 부도체는 유리, 플라스틱, 나무 등 전기가 통하지 않는 물질입니다. 

 

3. 반도체(Semiconductor): 반도체는 전기 전도가 도체와 부도체의 중간 정도되는 물질을 말합니다. 순수한 상태의 반도체는 전기가 잘 통하지 않는 부도체와 비슷한 특성을 보이지만, 특정 불순물을 주입하면 도체처럼 전기가 흐르게 됩니다. 전기전도성을 조절할 수 있다는 것이 도체와의 차이점입니다. 전자제품에 들어가는 트랜지스터가 반도체입니다.

 

 

초전도체란?

 

초전도체는 1911년 네덜란드 레이던 대학의 물리학 교수인 카멜린 온테스가 처음으로 발견했는데, 그는 수은의 전기저항을 측정하는 실험 중 영하 268.8도씨에서 전기저항이 갑자기 없어지는 현상을 발견했습니다. 이를 '초전도 현상'이라고 이름을 붙였습니다. 

 

전기저항은 우리가 사용하는 전자기기에서 발열 현상을 나타나게 하는 원인입니다. 초전도체가 가능해지면 스마트폰이나 PC등에서 흔히 발생하는 발열 분제는 모두 없어지게 되겠죠, 전력 손실 없이 전기를 전달하 수 있기 때문에 에너지 효율도 지금보다 혁신적으로 높아지게 됩니다. 

 

특징

 

1. 저항의 완전한 부재: 초전도체는 특정 온도이하에서 전기 저항이 사라지거나 매우 작아집니다. 이는 전류가 이 물질을 통과할 때 에너지 손실이 거의 없음을 의미합니다.

 

2. 마이스너효과: 초전도체의 또 다른 특징 중 하나는 자기장을 밀어내는 '마이스터 효과'입니다. 1933년 독일의 과학자 빌터 마이스너는 주석과 납으로 된 초전도체 주변의 자기장을 측정하면서 이 같은 현상을 발견했습니다. 초전도체가 자기장에 노출되면, 자기장 내에서 전류가 무한대로 순환하는 효과가 발생합니다. 

 

마이스너 효과는 다른 말로 완전 '반자성'이라고 합니다. 자성의 방향이 자기장의 방향과 반대로 생기다는 뜻인데요. 초전도체를 자장 안에 놓으면 초전도체 내부에서는 외부 자기장을 방어하기 위해 이와 상쇄되는 방향으로 자기장을 형성합니다. 그렇게 되면 내부에서 발생한 자체적인 자기장이 외부의 자기장과 반발하게 됩니다. 자석을 초전도체에 가까이 하면 자석이 뜨는 것이 이때문입니다. 

 

3. 임계온도: 각 초전도체는 특정한 온도, 즉 '임계온도'에서 초전도 상태로 전이합니다. 이 온도는 물질의 종류에 따라 다라면, 일반적으로 매우 낮은 온도(액체 헬륨 온도 이하)에서 나타납니다.

 

4. Type I와 Type II:초전도체는 크게 분류됩니다. Type I 초전도체는 자기장 내에서 즉시 마이스너 상태로 전이하며, 일반적으로 얇은 막 모양을 갖습니다. 반면 Type II 초전도체는 자기장 내에서 일부는 초전도 상태로 전이하고, 일부는 저항 상태를 유지하는 혼합 상태를 가지며, 길쭉한 모양을 갖습니다.

 

 

 

 

 

응용분야

 

초전도체는 자기 공학, 전력전송, 의학 장비, 입자 가속기, 자기 공명 이미징(MRI) 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 특히 전력 전송에서는 초전도체의 저항이 없기 때문에 전기 에너지를 효율적으로 전송하는데 활용될 수 있습니다.

 

그러나 초전도체를 사용하는 것은 낮은 작동 온도와 기술적인 어려움 등의 제약사항이 있습니다. 최근에는 높은 온도에서 초전도 현상이 나타나는 '고온 초전도체'의 발견과 연구가 진행되고 있습니다.

 

LK-99

LK-99

 

지금까지 초전도체 연구개발에 한계가 있었습니다. 초전도 현상이 영하 200도 이하, 100만 기압 이상의 초고압 상태에서만 나타났기 때문이었는데 즉 '상온상압'상태세서는 사용할 수 없었다는 것입니다. 그래서 학계에서는 초전도체를 실용화할 수 있는 온도와 기압을 만들어내는 연구에 집중해왔습니다. 퀀텀에너지연구소가 개발했다는 초전도 물질 'LK-99'에 관심이 쏠리는 것도 이 때문입니다. 

연구서가 아카이브에 공개한 논문에 따르면 LK-99는 상압에서 작동하느 상온 초전도체라고 알려져 있습니다. 초전도 현상이 나타나는 온도를 임계온도라고 하는데, LK-99의 임계온도는 126.85도(400K)가지 유지됐다고 합니다. 

아직 LK-99에 대한 검증은 현재 진행형입니다. 전 세계 연구진들이 '꿈의 초전도체'의 진위를 가리기 위해 검증에 나선 상황인데요. 지금 이 순간까지도 연구자들 간 갑론을박은 계혹 이어지고 있습니다. 

한국초저도저온학회 검증위원회는 빠르면 이달 안에 검증 결과를 발표할 예정이라고 하는데요. 과연 우리나라가 '초전도체'보유국이 될 수 있을지 기대가 됩니다.