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[금요과학공부(SSF)] 초전도체 기술의 현황과 전망

2024.01.31

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'금요 과학 공부(SSF, Science Study on Friday)'(간사:노성열 문화일보 경제부)가 1월 26일 모임 가졌습니다. 모임 회원인 한세희 지디넷코리아 기자가 정리한 강의 내용을 공유합니다. 


□ 주제 : 초전도체 기술의 현황과 전망 

□ 강사 : 김기훈 서울대 물리천문학부 교수


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<금요 과학 공부 회원들이 김기훈 교수의 강의를 듣고 있다.>  


김기훈 교수는 고체 물리와 응집 물질를 전공했으며, 주로 초전도체 관련 연구를 하고 있다. 


1. 초전도체 연구의 역사 

- 물질의 저항이 0이 되는 초전도 현상은 네덜란드의 물리학자 헤이케 카메를링 온네스가 1911년 당시 처음 발명된 액체 헬륨 냉각기를 이용해 수은의 온도를 4켈빈(약 영하 269도)로 낮추는 실험을 하는 도중 발견되었다. 

- 극히 낮은 온도에서 초전도 현상이 생기는 원리에 대해서는 바딘-쿠퍼-슈리퍼 등 3인의 과학자가 양자역학에 기반하여 설명을 제시했다. 이를 발견한 과학자 3명의 이름을 따 BCS 이론이라 한다. 

- 이후 1980년대를 거치며 상대적으로 높은 온도에서 초전도 현상을 보이는 물질들이 대거 발견되기 시작했다. 또 압력을 높여 초전도 현상을 일으킬 수 있다는 사실도 발견되었다. 아직 이러한 현상을 설명하는 정확한 이론은 제시되지 않고 있다. 

- 상대적으로 높은 온도, 낮은 압력에서 초전도 현상을 보이는 물질을 새롭게 발굴하려는 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 

- 하지만 최근 상온 고압 초전도체를 발견했다고 주장한 미국 로체스터대학교 랑가 디아스 교수의 논문이 재현 불가능 문제로 철회되고, 우리나라 연구진의 LK-99도 실체에 대해 부정적 평가를 받는 등 상온 상압 초전도체 연구의 노이즈도 심해지고 있다. 


2. 초전도체의 가능성과 미래 사회 

- 초전도체는 저항이 없어 에너지 손실 없이 전류를 무한히 흘리고 높은 자기장을 만들 수 있는 꿈의 물질

- 송전 과정에서 손실되는 전기를 없앨 수 있어 에너지 효율을 높이고 탄소중립 사회를 앞당길 수 있음 

- 송전선, MRI, 초전도 모터, 하이퍼 루프, 핵융합 등 다양한 분야에 활용 가능 

- 초전도 현상을 활용하여 강력한 모터를 제작, 도심용 항공 모빌리티(UAM) 기기 개발 가능. 핵융합 에너지 역시 초전도 기술의 안정화가 상용화 최대 과제 중 하나 

- 현재 상온에서 초전도 현상을 발현하는 물질을 발견하는 것이 가장 큰 난제

- 상대적으로 온도가 낮은 액체 질소에서 구동되는 고온 초전도 선재의 개발과 활용도 중요 


3. 강연 내용 요약

- 초전도 현상은 에너지 절약이 필요한 현대 사회에 필수적으로 응용되어야 할 연구 대상이다. 

- 저온 초전도체는 우리 생활이나 산업, 과학계에서 이미 널리 쓰이고 있다. 또한 세계적으로 고온 초전도체를 응용 및 활용하는 산업이 본격적으로 형성되고 있다. 

- 상온 초전도 현상 및 새로운 초전도 현상을 찾아 인류 과학 진보에 기여하고자 하는 많은 연구자들의 국가 간 경쟁이 있으며, 현대 사회의 차세대 신물질 연구에 대한 원동력이 되고 있다. 

- 현시점 검증된 초전도 최고 임계 온도는 170GPa의 초고압에서 이루어진 LsH10에서의 Tc=250K, 즉 영하 23도이다.