새로운 초전도 온도 기록 달성

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 초전도 현상은 저항이 0이 되는 아주 독특한 현상입니다. 강력한 자석을 만드는 것은 물론 그 응용범위가 매우 넓기 때문에 많은 연구가 진행 중에 있습니다. 현재까지 개발된 초전도 물질의 문제는 아주 낮은 온도에서만 이런 성질을 가진다는 것입니다. 따라서 연구의 핵심은 더 높은 온도, 일반적인 방안의 기온에서도 초전도성을 가지는 상온 초전도체 개발입니다.

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 아직 상온 초전도체는 개발되지 못했지만, 이 꿈의 물질을 개발하기 위한 연구는 상당 부분 진행되고 있습니다. 최근 막스 플랑크 화학 연구소(Max Planck Institute for Chemistry in Mainz)​의  미하일 에레메츠(Mikhael Eremets)와 그의 동료들은 저널 네이처에 -77℃에서 초전도성을 지니는 물체를 발표했습니다. 이는 새로운 신기록인데, 더 놀라운 것은 150만 bar (1 기압이 1.01325 bar)의 고압에서 달성한 기록이라는 점입니다.

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(The apparatus the team led by Mikhail Eremets at the Max Planck Institute for Chemistry in Mainz uses to generate extremely high pressures, is amazingly handy. The researchers press the metal cell with Allen screws together. The high pressure thus created in the center of the cell, only diamonds resist. The gems operate like anvils that compress a sample. Credit: Thomas Hartmann)

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 이 고압 환경을 달성하기 위해서 연구자들은 위에 사진에서 보이는 금속 용기안에 두 개의 다이아몬드를 넣었습니다. 왜냐하면 이러 고압 환경을 견딜 수 있는 유일한 물질이기 때문이죠. 이렇게 해서 만든 초고압 환경에서 황화수소(H2S)은 독특한 성질을 띄게 되는데 바로 초전도성이 그것입니다. 참고로 여러 가지 물질들이 초고압 환경에서 평상시와 다른 성질을 띄기 때문에 많은 과학자들이 초고압 연구를 진행하고 있습니다.

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 연구팀에 의하면 초전도성에 크게 관여하는 물질은 황이 아니라 수소라고 합니다. 수소 원자는 매우 가볍고 움직임이 활발한 원자입니다. 이 원자의 진동은 격자 모양 구조(lattice)를 띄는 분자 가운데서 가장 활발한데, 특히 초고압 상태에서는 초전도성을 띄는 데 중요한 역할을 한다고 합니다.

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 물론 이런 초고압 상태에서만 초전도성을 가지는 물질은 상용화가 어려울 것입니다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 이 연구가 앞으로 초전도 물질 연구에 큰 이점을 제공한다고 보고 있습니다. 왜냐하면 높은 온도에서 초전도 현상을 일으키는데 수소가 중요한 역할을 한다는 점을 알아냈기 때문입니다.

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 정상 기압에서 상온 초전도체의 개발은 아직은 미래의 일이지만, 이렇게 하나씩 장애를 극복한다면 결국 언젠가 상온 초전도체의 꿈이 현실이 될 것으로 기대합니다.

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 참고

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​"Conventional superconductivity at 203 K at high pressures." Nature, August 17, 2015. DOI: 10.1038/nature14964 . Available at: http://arxiv.org/abs/1506.08190

  http://phys.org/news/2015-08-temperature-hydrogen-sulfide-superconductive-high.html#jCp