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고온 초전도체 30년 미스터리 풀렸다

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고온 초전도체 30년 미스터리 풀렸다

2016.04.14 07:00

이진호 기초과학연구원(IBS) 강상관계물질연구단 연구위원(서울대 물리천문학부 교수).
이진호 기초과학연구원(IBS) 강상관계물질연구단 연구위원(서울대 물리천문학부 교수).

이진호 기초과학연구원(IBS) 강상관계물질연구단 연구위원(서울대 물리천문학부 교수·47)은 제임스 데이비스 미국 코넬대 교수팀과 공동으로 고온 초전도체의 작동 원리를 30년 만에 처음으로 관찰하는 데 성공했다.
 

초전도란 금속의 전기저항이 0이 되는 현상을 말한다. 저항이 0이 되면 전원을 공급하지 않아도 전류가 무한히 흐를 수 있다.

 

초전도체의 전기저항은 영하 273도 내외에서 0이 됐는데 1986년 상대적으로 고온인 영하 186도에서도 전기저항이 0이 되는 초전도체가 발견됐다. 그 후 학계에서는 ‘고온 초전도체’의 작동 원리를 밝히기 위한 연구가 진행됐는데 이번에 그 미스터리가 풀린 것이다.
 

지금까지 과학자들은 고온 초전도체에 이를 정도로 임계온도가 내려가면 전자 2개가 쌍을 이뤄 마치 하나의 입자인 것처럼 움직일 것으로 예측했다. 하지만 실제 관측하지는 못했다.
 

이 교수팀은 고온 초전도체인 구리화합물에서 전자쌍 분포를 관찰하기 위해 주사터널링현미경(STM)을 이용했다. 관찰 성공률을 높이기 위해 현미경의 탐침(探針)도 고온 초전도체로 바꿨다. 그 결과 고온 초전도체의 경우 전자쌍이 물결 모양을 이루며 일정한 밀도 차를 보이며 분포하는 것을 확인했다.
 

이 교수는 “고온 초전도체는 일반적인 초전도체 이론으로 설명되지 않는 부분이 많아 과학자들이 대거 뛰어들었지만 사실상 30년째 제자리였다”며 “앞으로 더 높은 임계온도를 갖는 초전도 후보 물질을 찾아 무(無)손실 송전, 자기 부상 설비 개발 등 초전도체 상용화를 앞당길 것”이라고 말했다.

 

이 연구 결과는 세계적인 과학학술지인 ‘네이처’ 14일자에 실렸다.

 

 

고온 초전도체 표면의 전자쌍 분포. 전자쌍이 균일하게 분포돼 있는 저온 초전도체와 달리, 전자쌍이 물결 모양처럼 분포돼 있다. - 이진호 서울대 교수 제공
고온 초전도체 표면의 전자쌍 분포. 전자쌍이 균일하게 분포돼 있는 저온 초전도체와 달리, 전자쌍이 물결 모양처럼 분포돼 있다. - 이진호 서울대 교수 제공

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