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비정상 초전도체 형성 원리 밝혀…물리학계 난제 풀리려나

조재근 기자 jack333@cctoday.co.kr 2018년 02월 12일 월요일 제2면     승인시간 : 2018년 02월 11일 18시 56분
성균관대 박두선·정순길 증거제시
양자점서 양자요동에 의해 형성

2면-박두선, 정순길 (비정상 초전도체).jpg
최근 물리학계 미해결 난제로 불리는 ‘비정상 초전도체’ 형성 원리가 밝혀져 학계의 관심이 모아지고 있다.

11일 한국연구재단에 따르면 성균관대 박두선·정순길 연구교수가 비정상 초전도체가 양자점에서 양자요동에 의해 형성된다는 증거를 제시했다.

초전도체는 절대 영도(영하 273℃)에 가까운 매우 낮은 온도에서 저항이 0이 되는 성질을 가진다. 저항이 없다보니 전력손실 없이 전기가 흐를 수 있다. 최근엔 기존 초전도체와 달리 액체질소(영하 196℃)보다 높은 온도에서도 초전도 현상을 띠는 비정상 초전도체가 주목을 받는다. 비정상 초전도체는 의료장비인 자기공명영상(MRI)이나 자기부상열차 등과 같은 분야를 넘어 더 많은 곳에서 활용될 수 있기 때문이다.

초전도체 특성은 전자쌍에 따라 결정된다. 비정상 초전도체 전자쌍이 어떻게 만들어지는지는 이론적으로만 존재할 뿐 실제 밝혀지지 않은 분야다. 이론적으론 다양한 가설이 있지만, 실험적으로 증명하기엔 변수가 많아서다. 연구팀은 비정상 초전도체의 대표적 특성으로 임계전류를 관찰한 결과, 양자점에서 임계전류가 최대가 된다는 사실을 찾아냈다.

양자 임계점은 절도 영도에서 하나의 상이 다른 상으로 변하는 지점을 말한다. 임계전류는 저항이 0일 때 전력손실 없이 수송할 수 있는 최대 전류를 의미하며, 임계전류 이상 전류에선 저항값이 생긴다. 연구팀이 관찰한 비정상 초전도체는 세륨(Ce)·로듐(Rh)·인듐(In)에 미량의 주석(Sn)을 첨가한 물질이다.

임계전류가 최대가 된다는 것은 초전도체 전자쌍이 형성돼 초전도 현상도 최대가 된다는 것을 시사한다. 즉 임계전류와 양자점의 직접적인 연관성을 보인 이 결과는 비정상 초전도체 전자쌍 매개 원인이 양자점에서 발현되는 양자요동에 따른 것이라는 가능성을 강하게 뒷받침한다는 게 연구팀의 설명이다.

이번 연구는 미국 로스앨러모스 국립연구소·중국 저장대학교에서 공동 진행했다. 박두선 교수는 “양자 임계점과 고온 초전도에 대한 이해를 심화할 수 있는 단초를 제공한 것”이라며 “새로운 산업적 가치를 유발할 수 있는 초전도 물질 디자인에 다양한 기여를 할 것으로 기대된다”고 말했다. 해당 연구는 과학기술통신부·한국연구재단 기초연구사업(리더연구자)과 교육부·한국연구재단 이공학 개인기초연구지원사업 지원으로 수행했다. 성과를 담은 논문은 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 지난달 30일자에 게재됐다.

조재근 기자 jack333@cctoday.co.kr
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