안녕하세요 니~킥입니다.
오늘은 최근 핫한 이슈 초전도체에 대해 이야기해 보겠습니다.
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상온 초전도체 개발! 세계 과학계를 흔들다!
상온 초전도체 노벨상은 따놓은 당상?
상온상압에서 초전도체를 개발했다는 국내 연구진의 논문이 전 세계 과학계를 뒤흔들고 있습니다. 2023년 7월 28일 사전 논문 공개 사이트 '아카이브'에 상온상압에서 초전도성을 갖는 물질을 발견했다는 논문이 공개되자마자 전 세계 과학계의 올해 최대 핫이슈가 되었습니다.
지난달 이석배 퀸텀에너지연구소 대표 연구팀은 상온·상압 초전도 물질을 발견하고 LK-99라는 이름을 붙였습니다.
아인슈타인도 '아몰라' 시전 하게 만든 초전도체는 무엇?
초전도 전이 온도(superconducting transition temperature, Tc)라고 하는 특정 온도 이하에서 모든 전기 저항을 상실하는 물질을 초전도체(superconductor)라고 하며, 이 현상은 1911년에 네덜란드의 물리학자 오너스(H.K. Onnes)에 처음으로 발견되었습니다. 구리나 은과 같은 금속성 도체(metallic conductor)의 전기 저항은 온도가 낮아짐에 따라 점차 감소하는데, 초전도체의 경우에는 Tc 이하로 냉각되면 갑자기 저항이 0인 완전 도체(perfect conductor)가 되고 한 번 발생한 전류는 에너지 손실 없이 무한히 흐르며, 외부의 자기장(magnetic field)을 배척하는 마이너스 효과(Meissner effect)가 나타납니다.
인류 역사상 최고 천재 과학자 중 한 명으로 불리던 알버트 아인슈타인조차 초전도 현상이 있다는 것에 동의했지만 초전도 현상을 명확히 설명하지 못했다고 역사는 기록하고 있습니다. 초전도체 현상을 이론적으로 설명하지는 못했지만 특정한 물체를 아주 낮은 온도로 냉각했을 때 저항이 0이 되는 '현상'은 분명히 일어나고 있다에는 동의한 것입니다.
3가지 임계값, 마이너스 효과, 자장보존의 법칙
초전도체는 3가지 임계값(Critical Value)을 갖습니다. 임계전류밀도(Critical Current Density;Jc), 임계자장(Critical Magnetic Field;Hc), 임계온도(Critical Temperature;Tc)가 그것들인데 초전도체는 이 범위 안에 존재하여야만 성질을 유지할 수 있습니다.
초전도체를 규정하는 또 하나의 성질은 "마이너스 효과(Meissner's Effect)"라고 부르는 자장차폐 효과입니다. 마이너스(Meissner)에 의해 발견된 이 성질은 초전도 덩어리 내부에는 항상 자장이 존재하지 않는다는 성질입니다. 초전도체를 냉각시키는 방법에는 두 가지가 있습니다. 자장이 존재하는 상태에서 냉각시키는 방법(Field Cooling;FC)과 자장이 존재하지 않는 상태에서 냉각시키는 방법(Zero Field Cooling;ZFC)이 있습니다. 초전도 덩어리는 이 두 가지 방법 중 어느 것을 택하여 냉각을 시키던지 내부의 자장은 항상 존재하지 않습니다. 이것은 초전도체 표면에서 초전도체에 가해지는 지당을 상쇄시키는 방향으로 전류가 흐르기 때문입니다.
자장보존의 법칙은 초전도회로에서 나타나는 현상으로 초전도상태가 되기 전의 초전도회로 내부의 자장은 냉각이 되어 초전도체가 되고, 자장의 변화가 있어도 항상 초전도회로의 자장은 원래 냉각되기 전의 자장을 유지하게 됩니다.
아인슈타인도 어려워했던 초전도 이론의 증명은 물론 혁명적 사건인 상온상압 초전도체를 우리 연구진이 개발에 성공했다는 뉴스가 나온 직후부터 전 세계 과학계가 '가능하다 VS 불가능하다'로 나뉘어 서로 검증 싸움을 벌이고 있는 형국입니다. 그만큼 상온 초전도체가 불러온 파장이 큽니다.
주식시장까지 공중부양시킨 초전도체
꿈의 물질로 불리는 초전도체 개발을 둘러싼 논쟁이 불붙은 가운데 심지어 초전도체 관련주들도 일제히 상한가를 칠 정도로 관심이 뜨거워지는 모양입니다. 초전도체는 전기가 매우 잘 통하는 물질로, 전기 저항이 0으로 '꿈의 물질'이라고도 불립니다.
그렇다면 왜 사람들은 초전도체에 열광할까요? 그건 상온 초전도체가 인류의 역사를 새롭게 쓸 수 있기 때문입니다. 초전도체가 상용화되면 손실 없이 전력을 보낼 수 있고, 꿈의 교통수단이라 불리는 자기부상열차도 개발할 수 있습니다.
작은 크기로도 강력한 힘을 발휘하기 때문에 초전도 모터를 만들어 자동차에 적용해 차 무게를 줄이고 성능은 높일 수 있습니다.
초전도체 과학계의 BTS가 되다!
국내연구진이 발표한 상온초전도체가 세계과학계에 거대한 태풍이 되면서 하나의 문화현상인 밈으로 확산되고 있습니다. 아래 이미지는 네티즌들 사이에서 유행인 '상온 초전도체를 개발한 미래의 대한민국'의 모습이라고 합니다.
상온초전도체가 검증완료 되면 "노벨상은 한국이 따 놓은 당상", "지구 온난화 현상은 LK-99가 한방에 해결한다"는 등의 다양한 밈이 제작되어 유포되고 있습니다. 한마디로 상온 초전도체의 등장은 과학계를 넘어 경제계, 문화계까지 뒤흔들어 놓은 태풍의 눈이 되었습니다.
어쩌다 우연히 걸린 결과라도 결과는 결과!
원래 과학적 발견은 "드디어 발견했다 우레카!"가 아니라 "어? 이게 왜 이러지?"에서 시작합니다. 상온 초전도체의 발견이 어쩌다 우연히 걸린 결과일수도 있다는 얘기입니다. 현재 세계과학계가 검증하고 있는 상온초전도체검증결과 입증이 어렵다거나 기대와 다른 결과가 나올 수도 있습니다. 중요한 사실은 이번 상온초전도체의 검증결과가 어찌 되던 세계 초전도체 분야에 새로운 길을 제시했다는 데에 의미가 있습니다. 초전도체는 우리가 무슨 짓을 해도 어렵다고 생각했던 난제들을 해결할 열쇠인 건 사실이니까요.
초전도체의 파급력을 실감했으니 우리나라가 초전도체 선도국가임을 증명할 시간이고, K-초전도체를 향한 국민들의 응원이 필요한 때입니다.
자료 = 과학기술정보통신부
그럼 여기까지 상온 초전도체가 무엇인지에 대해 알아보았습니다.
감사합니다.
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