상온상압 초전도체가 가능한가?

최근 국내 연구진이 주축이 된 상온상압 초전도체 LK-99 때문에 한동안 나라 및 주식시장이 떠들석 했습니다. 이번 포스트에서는 과연 초전도체 사용 분야 및 과연 상온 초전도체가 가능한지에 대해서 얘기를 해보려고 합니다.

 

아카이브(https://arxiv.org)는 학자들 사이에 유명한 사이트로 논문을 저널에 제출하여 피어 리뷰(peer review) 받기 전이나 받는 도중에 본인의 논문을 공개함으로서 지적재산권을 사전 확보 및 연구 성과 홍보 등으로 널리 사용되고 있습니다.

 

다수의 SCI 저널을 써봤지만 아카이브에 올린적은 없는데요. 개인별, 분야별로 아카이브 활용성은 조금씩 다른데 최근에는 많이 올리는 추세로 가고 있습니다.

 

그럼 화제의 LK-99 논문은 아래 페이지에서 무료로 다운받을 수 있습니다.

https://arxiv.org/abs/2307.12037

Superconductor Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O showing levitation at room temperature and atmospheric pressure and mechanism

기본적으로 초전도 (superconductivity)는 금속 등을 특정 온도 이하로 낮추면 전기저항이 0이 되는 현상을 뜻합니다.

그런데 이번에 화제가 된건 임계온도(상전도상태에서 초전도 상태로 천이하는 온도)가 기존 연구에서는 마이너스 수백도에서 형성되거나 온도가 상온에 가까운 경우 초고압 환경에서 개발되었는데, 이번 LK-99는 상온 및 상압에서 가능했다라는 주장 때문에 많은 관심을 받았습니다.

 

일반 물리학적 상식으로 상온상압상태에서 초전도체가 된다는건 상상하기 어려운 일인데요. 최근 특수교사 문제로 화제의 중심이 된 주호민 작가도 처음 알려진 만화가 무한동력에 관한 만화였는데, 무한동력이야 말로 초전도체를 활용한 꿈의 시설입니다.

 

바꿔서 말하면 상온에서 무한동력이라는건 불가능하니, 상온 초전도체도 불가능한 현상인데요. 초전도 상태에서는 전기 혹은 열에 대한 저항이 0에 가까워서 손실없이 전기나 열을 전달하게 되는데 상온상태 초전도체는 예전 연금술에 비견될만한 논쟁거리인 듯 합니다.

 

혹시 자기장이라고 들어보셨나요? 물리시간에 전기장, 자기장, 맥스웰, 오른손법칙, 왼손법칙 등등 배운 경험이 있을 텐데요. 실제 전기장, 자기장은 동시에 존재하는거라서 전자기장이라고 불립니다.

 

가장 쉽게 얘기하면 전기가 흐르면 주변에 자기장이 형성되고 (전선 주위에는 자기장이 생기겠죠?), 자기장이 흐르면 주변에 전기장이 형성됩니다. 전자기장 특징이 투과율이 높다는건데요. 우리가 건물 안에서 스마트폰 LTE, 5G를 잘 사용하는 것도 전자기장이 대부분 물질을 투과하기 때문에 전파라고 부르는 전자기파를 활용하여 무선통신을 하는 겁니다.

 

그런데 초전도체는 내부에 자기장이 들어갈 수 없고, 내부에 있는 자기장도 밖으로 나오는 성질을 가집니다. 그러니 꿈의 물질이 되는건데 자기장이 들어갈 수 없어 우회를 하고 내부 자기장도 밖으로 밀어내니 손실없이 사용할 수 있는 힘이 만들어진다라고 생각할 수 있습니다.

 

초전도체는 아니지만 초전도체 얘기나 나올 때 유사한 기능을 보이는 것으로 현존하는 가장 강력한 자석인 네오디움 얘기가 많이 나옵니다. 요즘은 쉽게 구매가 가능해서 어린 학생들도 사용이 가능합니다만 기본적으로 네오디움의 자력은 강해서 크기에 따라서 사람이 다칠 수도 있는 강력한 힘을 가지고 있습니다. 실제 자기부상열차 등 초전도체를 활용한다는 내용을 보면 결국 강한 자석에 대한 내용이 나옵니다.

상세한 내용은 검증위원단이 발표를 하겠지만 물리학을 뛰어 넘는 무한동력이 가능한 상온상압 초전도체라는건 존재하기 힘들다고 생각합니다.

 

이번 포스팅에서는 상온상압 초전도체에 대해서 알아봤는데요. 다음에는 초전도체 활용에 대해서 알아보겠습니다.