지식보관소_ 최근 로체스터 대학이 발견한 상온 초전도체에 대한 이야기

 

 

얼마 전 로체스터 대학 연구팀은

섭씨 20도의 초전도 현상을 보이는 물질을 발견했으며

이 내용은 네이처지에 게재가 되었습니다.

 

영화 아바타에서는

인류가 반물질을 대량 생산을 할 수 있게 되었고

이 덕분에 성간 여행이 가능해졌습니다.

 

하지만 이러한 반물질은

물질과 닿는 순간에 에너지로 소멸하기 때문에

완벽한 진공 용기 속에 자기장을 이용해서

저장을 해야만 하는데

이 과정에서 전기 저항이 제로여서

추가 에너지 투입 없이

반물질을 공중 부양을 시켜주는

가상의 상온 초전도체인 언옵테니움이 필요했고,

이 언옵테이움을 채굴하기 위해서

4.3광년 떨어진 판도라 행성을 인간이 침략하는 내용이죠.

 

하지만 현실에서 초전도 현상은

관측하지 않으면 입자가 중첩 상태를 가질 수 있는

양자역학을 이용한 현상이라서

절대영도나 초고압이 아닌 조건에서는 실현되기가 힘듭니다.

 

저는 2019년부터

상온 초전도체와 관련된 연구들을 계속해서 채널에서 다뤄왔는데요.

2020년도에 나온 상온 초전도체가 영상에서 얘기한 것처럼

이 인류 최초의 상온 초전도체는

무려 268GPa이라는 어마어마한 압력에서만

초전도 현상이 있었기 때문에

실제로 사용되기에는 무리가 있었습니다.

 

또한 초전도 현상이 일어나는 원리가

양자역학의 슈퍼포지션과 관련이 되어 있어서

온도를 높이려면

압력을 기하급수적으로 올려야만 가능할 것이라는 게

과학자들의 생각입니다.

뭐 지금까지는 말이죠.

 

얼마 전 로체스터 대학 연구팀은

섭씨 20도에서 초전도 현상을 보이는 물질을 발견했으며

이 내용은 네이처지에 게재가 되었습니다.

 

연구팀은 2020년에 개발한 상온 초전도체의 압력을

어떻게 하면 더 줄일 수 있을지를 계속해서 연구했고

이번에 무려 1만기압에서 초전도 현상이 가능해진 것인데요.

 

물론 이번 연구를 보고

이 초전도체를 바로 사용할 수 있다고 생각하는 분이 있을지 모르지만

여전히 초전도 현상이 일어나기 위해서는

높은 압력이 필요합니다.

 

1만 기압이라는 압력은 핵토파스칼(hPa)이라는 단위로 변경하면

무려 100만hPa에 달하는 압력이고,

고압선에 사용해서 저항 손실이 제로인 전력송전에 활용한다거나 하는 건

당연히 불가능하죠.

하지만 100만hPa이라는 압력에서 초전도 현상이 가능하다면

이는 정말로 엄청난 발견입니다.

 

물론 이번 연구에 대해서 많은 과학자들은

일시적으로 100만hPa에 성공한 것이고,

실제로 섭씨20도의 +100만hPa에서

지속적으로 초전도성을 보이는 물질은 아닐 것이라고 생각하고 있는데요.

 

거기에다가 이번 연구에 대해서

다른 기관에서 기술적인 검증을 요청했지만

연구팀 측은 지식재산권을 문제로

자세한 기술적 사항을 공개할 수 없다고 밝혔는데

이는 과거의 테라노스 사건이 생각나는 대목이기도 합니다.

 

물론 100만hPa에서

상온 초전도가 가능하다고 해도

미래 핵융합 발전 등에 사용할 수가 있다면 상당히 효율적입니다.

하지만 일반적인 상황에서 100만hPa을 달성하는 난이도가

영하 200도 이하를 유지하는 것보다 어렵기 때문에

기존의 방법으로 영하 200도 이하로 유지를 한다면

초전도 현상이 가능하기 때문에

아직까지는 기존의 초전도 물질을 대체할 이유가 없기는 합니다.

 

그러면 온도를 낮추거나 압력을 올리는 것 이외에

왜 초전도 현상을 만드는 게 이처럼 어려울까요?

 

일단 온도라고 하는 것은

이처럼 분자들의 운동 에너지인데

절대영도(-273.15도)가 아닌 이상

온도 자체에서는 이러한 분자들의 움직임이 있다는 것이고

이 우주는 이 움직임으로 서로 부딪혀서 변하는 물리량을

연산하게 만들어진 프로그램과 같습니다.

 

따라서 새롭게 변하는 물리량이 없는 경우에

이중슬릿실험과 같은 현상이나 양자중첩 같은 현상이 일어난 것이고

현재 초전도 현상의 원인 자체가

전자들이 양자중첩 현상이 일어나기 때문에

입자가 아닌 상태에서

저항이 없이 전류가 흐를 수 있다고 보고 있기 때문이죠.

 

즉 초전도현상은

우주가 프로그램이라고 생각하고

양자역학에서 일어나는 기묘한 현상들이

이 프로그램의 최적화 때문에 일어난다고 가정을 하면

새로운 연산량이 발생하지 않는 부분은

연산을 하지 않는 최적화의 오류(헛점)를 이용한 현상입니다.

 

때문에 온도가 너무 낮아서

분자간의 상호작용이 제로에 가깝게 되거나

압력이 너무나 높아서

분자들의 움직임이 제한되는 상황에서

superposition이 발생하게 되고

이 때문에 저항이 생기지 않는다고 보는 게

가장 인정받는 초전도 현상의 가설입니다.

 

그래서 적어도 절대영도가 아닌 이상

0기압에서 초전도 현상은 아예 일어날 수가 없는 것이죠.

 

때문에 이번에 발견한 100만hPa에서 초전도 현상은

슈퍼포지션이 발생하기 위한 압력이 부족하기 때문에

매우 우연히 일어난 일시적인 현상이거나

정확한 압력 측정이 되지 않았던 것일 수도 있고

아무튼 연구에 문제가 있다고 생각하는 과학자들이 많은 것이죠.

 

실제로 로체스터 대학이 공개한 실험 사진들을 보면

위아래로 강력한 다이아몬드로 압력을 가하는 모습이 보이는데

이때 실제로 가해진 압력이 과소평가가 되었다면

예전 연구에서 이뤄진 초전도 연구와 크게 다르지 않았을 수도 있기 때문입니다.

 

이 연구 내용에 오류가 있었든 아니든

실제로 상용화를 위한 상온 초전도체에 도달하기까지는

아직 부족하기 때문에

이 분야에서 더 많은 연구를 통해서

언젠가는 언옵테니움을 만들 수 있을지가 기대가 되네요.