(The goal of new research led by Ranga Dias, assistant professor of mechanical engineering and of physics and astronomy, is to develop superconducting materials at room temperatures. Currently, extreme cold is required to achieve superconductivity, as demonstrated in this photo from Dias's lab, in which a magnet floats above a superconductor cooled with liquid nitrogen. Credit: University of Rochester / J. Adam Fenster)
상온 초전도체 개발은 과학자들의 오랜 꿈 가운데 하나였습니다. 전기 저항이 0이 되는 놀라운 현상을 극저온이 아닌 상온에서 구현할 수 있다면 전력 손실 없는 전력망이나 작고 저렴한 MRI, 빠르고 전력 소모가 적은 반도체 및 전기 회로를 만들 수 있을 것입니다. 하지만 초전도 같은 특수한 현상을 높은 온도에서 구현하는 일은 대단히 어려웠습니다.
로체스터 대학의 랑가 디아스(Ranga Dias) 교수가 이끄는 연구팀은 새로운 방법을 통해서 돌파구를 찾았습니다. 연구팀은 구하기 힘든 희토류 원소 대신 매우 흔하게 구할 수 있는 수소와 탄소, 황을 광하학적으로 합성해 탄소질 황화 수소물 (carbonaceous sulfur hydride)을 만들었습니다. 그리고 이 물질을 초고압을 견딜 수 있는 다이아몬드 모루(anvil)에 올려 놓고 3900만 psi(267 ± 10 gigapascal)의 매우 높은 압력을 가했습니다. 그 결과 섭씨 15도의 상온(287.7 ± 1.2 kelvin)에서 초전도성을 구현하는데 성공했습니다.
(Room-temperature superconductivity)
(The World's First Room Temperature Superconductor)
물론 3900만psi의 압력은 해수면에서 대기압인 15psi에 비해 터무니 없이 높은 것으로 차라리 절대 영도에 가까운 극저온 환경이 구현하기가 쉽습니다. 액체 헬륨을 사용하는 초전도 자석 쪽이 훨씬 만들기 쉽고 실제로 상용화 되어 있기도 합니다.
따라서 이번 연구 결과는 상온 초전도체 시대를 예고하는 혁신적인 연구라고 보기는 어렵지만, 상온에서도 초전도 현상이 일어날 수 있음을 밝혔다는 점에서는 학계를 놀라게 할만한 발견입니다. 한 가지 더 희망적인 예측을 한다면 초전도체 개발에서 온도를 높이는 방향이 아니라 압력을 낮추는 방향으로 돌파구를 찾을 수 있어 실용적인 목적의 상온 초전도체 개발을 도울 수 있을 것으로 기대됩니다.
아쉽게도 지금 당장에 실용적인 결과물을 내놓을수는 없지만, 상온 초전도체를 만들었다는 것만으로도 이 연구 결과는 올해의 가장 놀라운 과학 뉴스 중 하나가 될 것 같습니다.
참고
Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride , Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2801-z
https://phys.org/news/2020-10-room-temperature-superconducting-material.html
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