초전도체 온국민 과학 관심 업! 초전도체 전도체 부도체 반도체 싹 정리

초전도체때문에 세상이 들썩이고 있습니다. 심지어 축구공 만들던 회사도 초전도체와 관련된 일을 했었다는 이유로 상한가를 갑니다. 온국민이 과학에 관심을 갖게 된 것이 황우석 박사의 복제양 기술 이후에 오랜만인 것 같은데요. 초전도체 전도체 반도체 부도체 싹 정리해봤습니다.

 

초전도체 전도체 부도체 반도체

전기가 엄청나게 잘 통한다는 뜻입니다. 저항이 0이라고 하는데요. 먼저 알아야할 것은 전도체입니다. 사실 전기 뿐만 아니라 열이나 전류 파동 등 에너지를 전달할 수 있는 것들을 다 전도체라고 합니다. 전도체와 반대되는 개념이 부도체입니다. 일반적으로는 전기를 통하게 하는 물질을 전도체, 전기가 통하지 않는 물질을 부도체라고 합니다. 전선은 전도체 전선 피복은 부도체이죠. 부도체를 절연체라고도 합니다. 

 

대부분의 금속은 전도체입니다.

반면 대부분의 비금속이 부도체입니다. 완전히 전기가 안통한다기 보다는 저항이 높아서 전기가 잘 통하지 않는다는 표현이 맞다고 합니다. 고전압이 걸리면 절연체들도 전기가 통하게 된다고 하죠. 그래서 고전압이 위험한 것이겠구요. 그래서 완전부도체는 없다고도 합니다. 

 

반도체는 상온에서 전도체인 구리와 같은 성질과 부도체인 유리와 같은 성질의 중간물질입니다. 쇠는 가열하면 저항이 커지지만 반도체는 오히려 저항이 낮아진다고 합니다. 반도체의 분순물 양으로 저항을 조절할 수 있다고 하구요. 반도체에 대한 자세한 설명은 위키백과나 나무위키를 참고하시기 바랍니다. 

 

초전도체는 지금도 있다

이미 많이 알려진 것과 같이 특정한 온도 이하나 엄청난 고압의 환경에서는 전도체의 저항값이 0이되는 초전도체가 될 수 있다고 합니다. 초전도체 역할을 하려면 엄청난 열이 발생하는데 이걸 막아주기 위해서 낮은 온도를 유지하기 위해 많은 기술과 비용이 발생한다고 합니다. 예를 들면 MRI도 초전도 전자석을 이용하는 것인데 기계 안에서 계속 낮은 온도를 유지하는 기술이 적용되어 있어 엄청난 고가의 장비라고 합니다. 평균 가격이 1대당 10억원 중 후반에서 20억 중반 정도에 형성되어 있는 것 같습니다.

그런데 상온에서 초전도체가 될 수 있다면 이런 엄청난 비용을 들일 필요가 없어지는 것이죠.

 

초전도체가 발견된 것은 아주 오래전입니다. 1911년에 네덜란드 물리학자가 영하 269도 근처에서 수은 같은 물질이 전기저항이 없어지는 초전도 현상을 관찰해서 노벨물리학상을 수상했습니다.  우리나라에서 이 초전도체 개발이 사실이라면 노벨물리학상은 따논 당상이라는 것이 이해가 됩니다.

 

초전도체가 상온 상압에서 가능하다면

이번에 국내에서 개발했다는 초전도체의 이름입니다. 노벨상이 문제가 아니라 초전도체가 상온에서 사용가능하다면 대한민국에서 파리까지 전기를 보내도 저항이 없기 때문에 손실 없이 보낼 수 있습니다. 휴대폰 배터리, 전기자동차가 극단적으로 효율이 높아질 것이고, 지구의 온난화를 드디어 획기적으로 낮출 수 있게 될 것입니다. 지금은 전기를 100을 생산해서는 30인가 70인가 밖에 전달을 못한다고 하죠. 구리보다 은을 쓰면 더 전달이 쉽지만 그렇다면 국민들이 부담해야하는 전기요금은 지금의 수십배가 될 수도 있을 것입니다.

핵융합에도 초전도체가 쓰입니다. 여기서도 엄청나게 낮은 온도를 유지해야하는데 그럴 필요가 없어지는 모양입니다.

 

초전도체의 대표적 특성 - 마이스너 효과

초전도체하면 가장 큰 특징이 마이스너 효과입니다. 일반적인 전도체는 자기장이 그대로 흐르지만 초전도체는 자기장을 바깥으로 밀어내는 현상을 보이는데 이것때문에 자석 위에 초전도체를 올려두면 마치 비행기 날개에 양력이 생기는 원리처럼 주변으로 자기장이 흘러가면서 초전도체가 밀어내기 때문에 공중에 초전도체가 떠 있게 됩니다. 

 

그래서 초고석 자기부상 열차에 적용되면 현재보다 더 효율성 있는 자기부상열차가 가능하다는 것입니다.

 

아래는 영화 아바타에 나오는 장면인데 이렇게 땅이 하늘에 떠 있을 수 있는 것은 이 곳의 광물질에 초전도체가 섞여 있어서 그렇다는 설정입니다. 이걸 인류가 차지하기 위해서 전쟁을 벌이고 약탈을 하는 설정일 정도로 초전도체를 가진 곳이 부와 권력을 갖게 된다고 할 수 있겠습니다. (아바타의 언옵테늄은 일부에선 단지 반자성물질일 뿐 초전도체는 아니라고도 합니다.)

 

 

LK-99

상온은 고사하고 그동안에 고온에서 작동한다는 온도가 영하 200도 이하여야 초전도체가 가능했습니다.  이번에 고려대학교와 퀀텀연구소에서 개발했다는 LK-99는 이러한 저온이 아닌 섭씨 30정도의 일반적인 온도나 일반적인 기압하에서 초전도체 성질을 띈다는 특징이 있습니다. 그야말로 터미네이터의 스카이넷에서나 가능한 일이 아닐까 싶을 정도로 엄청난 개발이고 발견이라는 것입니다. 내 책상위에서도 자석 위에 초전도체를 띄울 수 있다는 것이죠. 획기적인 과학의 성과라 할 수 있습니다.

 

하지만 학계에서는 처음 이 논문이 발표되었을 때 대부분은 회의적이었습니다. 그동안 고온에서 작동한다는 것이 영하 200도 거나 수만 기압에서나 가능하다는 것이 초전도체였고 초전도체를 개발했다는 논문들의 상당수가 사실이 아닌 경우가 많았기 때문입니다. 논문 저자가 그냥 인터넷에 올린 정도였기 때문에 검증도 없던 상태였습니다. 연구성과도 없고, 근거, 영상도 부족했기 때문에 회의적인 것은 당연했습니다. 

 

또한 개발한 곳에서 공개한 영상도 논란을 증폭시켰습니다. 초전도체라면 반자성의 성질로 마이스너 효과에 의해 공중에 떠올라야하지만 한쪽이 바닥에 붙어 있거나 펜으로 건드리면 바닥에 그냥 붙어 있는 경우도 있습니다. 반자성이 확실하지 않다는 문제, 마이스너 효과 입증이 어렵다는 문제가 있습니다.

 

 

하지만 연구에 참여한 한 분의 해외 인터뷰에서 아직 물질이 불안정하기 때문에 일부분에서만 마이스너 효과가 나타나는 이유로 한쪽이 붙어 있다고 설명한 바 있습니다. 이로 인해 논란과 관심이 증폭되었고 해외에서 검증 연구에 들어간 곳들이 늘어나기 시작했습니다. 

 

또한 중국 화중과기대에서 이 논문에 밝힌 방법대로 반자성 현상이 나타나는 물질을 재현하는데 성공한 영상이 공개되어 LK-99가 가능할 것이라는 인식이 늘어나는 계기가 되었습니다. 

 

반대로 다른 검증실험에서는 초전도체 성질이 나타나지 않아서 초전도체 물질이 아니라는 평가를 받고 있기도 합니다. 부정적인 연구도 적지 않은 상황입니다.

 

하지만 초전도체의 특성 중 하나가 반자성인 것이지 전기적 저항이 0인지 여부는 아직 검증된 바가 없습니다.

 

마치며,

지금까지 초전도체를 살펴봤는데요. 최근 주식시장이며 온라인을 뜨겁게 달구고 있는 것은 AI입니다. AI에 대해 이야기할 때 AI가 인류에게 도움이 된다는 것보다 AI때문에 직장을 잃거나 일자리를 뺐기게 될 것에 대한 두려움을 이야기하는 경우도 많았지만 이번 초전도체에 대한 관심은 인류에 보탬이 되고 삶이 나아지고 지구를 살릴 수 있는 획기적인 물질에 대한 기대감이 큰 것 같습니다. 바로 이걸 국내 업체가 개발했다는 것이죠.

 

국내에서도 검증에 참여하겠다고 발표했습니다. 국내의 검증단은 검증과정을 거쳐야하긴 하지만 현재로서는 발표된 내용만으로 볼 때 LK-99는 상온 초전도체라고 보기 어렵다는 입장을 내놓은 상태입니다. 

 

재연실험, 샘플 제공 등 여러가지 방법을 통해서 빠른 검증이 이뤄졌으면 좋겠습니다. 또한 정말로 반자성 뿐만 아니라 이론적 배경 뿐만 아니라 초전도체의 특성상 전기적 저항이 0인 물질이 국내 기술로 개발된 것이 맞다면 좋겠습니다. 아직은 기대일 뿐이라는 점은 아쉬움이 큽니다. 그러므로 관련 주식에 대해 접근할 때도 신중해야하겠습니다.

 

고맙습니다.