▲ 초전도 현상으로 인해 자성을 가진 물체가 공중에 떠있는 모습. (사진=미국 오크리지 국립연구소)

상온상압 초전도체를 개발했다는 국내 연구진의 논문이 전세계 과학계를 뒤흔들고 있다. 논문의 신뢰성 등을 두고 상당수 전문가들이 여전히 회의적인 시선이지만, 미국·중국 등지에서 한국 상온 초전도체 개발 가능성이 있다는 연구 결과들도 잇따르고 있다.

2일 학계에 따르면 미국 로렌스버클리국립연구소 연구진은 한국 연구진이 지난달 논문 사전공개사이트 '아카이브'에 발표한 초전도체 'LK-99'에 대한 시뮬레이션 실험을 진행한 결과 상온 초전도체 구현이 이론적으로 가능하다고 밝혔다.

초전도체는 전기저항이 '0'인 물질이다. 전기저항이 0이면 전자기기를 작동할 때 생기는 발열이 사라져 전력 효율을 극한으로 끌어올리게 된다.

이석배 퀀텀에너지연구소 대표와 오근호 한양대 명예교수가 이끄는 국내 연구진은 지난달 22일 아카이브에 약 30℃ 상온에서 전기저항이 없는 초전도체를 발견해냈다는 연구결과를 담은 논문을 게시했다.

이들 연구진은 구리와 납을 이용해 상온 초전도체를 만들었다고 밝혔다. 20년 동안 1000회가 넘는 실험을 반복한 결과라는 설명이다.

연구 방식을 보면 산화 납과 황산 납을 혼합해 725℃ 온도에서 하루 동안 구워 라나카이트를 제조하고, 라나카이트에 다시 구리와 인 분말을 섞은 뒤 48시간 동안 구워 인화구리를 만들게 된다. 이후 라나카이트와 인화구리를 분말 형태로 만든 뒤 진공 상태에서 다시 925℃에서 구워내면 상온 초전도체인 'LK-99'가 탄생하게 된다.

연구진은 LK-99 초전도체가 1기압에서 126℃까지 초전도체 성질을 유지하게 된다고 발표했다.

이들 연구진이 이같은 제조 방법이 담긴 논문을 아카이브에 올리면서 전세계에서는 똑같은 방법으로 초전도체 제조 실험에 나섰다.

[美 연구진, 컴퓨터 시뮬레이션으로 'LK-99' 실현 가능성 확인]

이같은 상황에서 로렌스버클리국립연구소 연구진은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 LK-99 제조 과정에서 물질의 전자 구조에 어떤 현상이 발생하는지를 확인했다.

로렌스버클리 연구진에 따르면 LK-99는 구리 원자가 결정구조로 침투해 납 원자를 대체함으로써 결정이 약간 변형되고, 그 과정에서 물질이 0.5% 가량 수축하는 것으로 파악됐다. 이처럼 변형된 구조가 전기저항 0이라는 특성을 가능케 할 수 있다는 분석이다.

전기저항이 0인 '초전도' 현상이 일어나려면 전자들이 특정 조건 등에 맞는 전도 경로를 따라야 한다. 이에 대해 로렌스버클리 연구진은 시뮬레이션 결과 LK-99의 전자 에너지 상태가 '페르미 표면'에 가깝다고 전했다. 페르미 표면에 더 가까운 전도 경로가 많을 수록 초전도 현상이 일어날 수 있는 임계 온도가 더 높아진다.

현재까지 초전도체는 절대영도(영하 273℃) 수준의 극저온에서만 구현된 만큼 임계 온도가 높아진다는 것은 상온 초전도 현상의 가능성을 보여주는 것으로 풀이된다.

다만 로렌스버클리 연구진은 페르미 표면에 가까운 전도 경로가 구리 원자 결정의 아주 미세한 위치에서만 형성되기 때문에 LK-99 합성 난이도가 높을 것이라고 내다봤다.

[中서는 'LK-99 재현 성공' 주장 나오기도…마이스너 효과 나타났으나 전기저항 0은 미확정]

미국의 연구진이 시뮬레이션을 통해 상온 초전도체의 가능성을 제시했다면 중국에서는 아예 LK-99 구현에 성공했다는 주장이 나왔다.

중국 화중과학기술대학교 연구팀은 지난 1일 중국 내 동영상 플랫폼을 통해 LK-99를 합성해냈다고 밝혔다. LK-99와 같은 성질을 갖는 물질을 만들어내며 초전도체의 특징인 '마이스너(반자성) 효과'까지 검증했다는 주장이다.

중국 연구팀이 공개한 영상을 보면 현미경으로 관측된 작은 합성 물질이 담겨있다. 해당 물질은 미세하게 흔들리는 모습을 보이고 있다. 연구진은 이러한 현상이 N극과 S극으로 구분되는 극성에 관계없이 모든 자기장에 저항하고 있기 때문에 나타나는 것이라고 설명했다.

다만 화중과학기술대의 합성 물질은 마이스너 효과를 보이는 데는 성공했으나 초전도체의 핵심 특성인 전기저항 0을 구현했는지는 추가 실험이 필요한 것으로 알려졌다.

학계에서는 중국 연구진의 실험 또한 여타 다른 실험실에서도 진행할 수 있을 정도로 충분히 쉽기 때문에 기대감을 완전히 접지 않고 있는 상황이다.

이외에도 현재 미국 아르곤 국립연구소, 중국 선양재료과학국가연구센터 등이 LK-99의 재현을 위한 실험을 진행 중이다. 아르곤 국립연구소는 이번주 내 실험 결과를 공개할 것으로 전망된다.