비정상 초전도 현상의 형성원리 밝혀져

[이뉴스투데이 노진우 기자] 고체물리학의 미해결 과제인 비정상 초전도체의 형성 원리가 밝혀져 학계의 관심을 끌고 있다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 박두선 교수·정순길 연구교수(성균관대학교)가 비정상 초전도체가 양자점에서 양자요동에 의해 형성된다는 증거를 제시했다고 밝혔다.

초전도체는 절대 영도(-273℃)에 가까운 낮은 온도에서 저항이 0이 되어, 전력손실 없이 전기가 흐를 수 있다. 최근, 기존 초전도체와 달리 액체질소(-196℃)보다 높은 온도에서 초전도 현상을 보이는 비정상 초전도체가 주목받고 있다.

이 연구가 심화되면 오늘날 MRI 기기, 자기부상열차를 넘어서서 더 많은 전력분야에서 활용될 것으로 기대된다.

초전도체의 특성은 전자쌍에 의해 결정되는데, 비정상 초전도체의 전자쌍이 어떻게 형성되는지에 대해서는 아직 이론상에만 존재할 뿐 실제로 밝혀지지 않았다. 이론적으로 다양한 가설이 존재했지만 실험적으로 증명하기에는 여러 변수들로 인해 쉽지 않았던 것이다.

연구팀은 비정상 초전도체의 대표적인 초전도 특성으로서 임계전류를 관찰한 결과, 양자점에서 임계전류가 최대가 된다는 사실을 발견했다.

연구팀이 관찰한 비정상 초전도체는 세륨(Ce), 로듐(Rh), 인듐(In)이 포함된 CeRhIn₅에 미량의 주석(Sn)을 첨가한 물질이다.

임계전류가 최대가 된다는 것은 초전도체의 전자쌍이 형성되어 초전도 현상이 최대가 된다는 것을 시사한다. 임계전류와 양자점의 직접적인 연관성을 보인 이번 결과는 비정상 초전도체의 전자쌍 매개 원인이 양자점에서 발현되는 양자요동에 의한 것이라는 가능성을 강하게 뒷받침한다.

박두선 교수는 “이번 연구결과는 양자임계점과 고온 초전도에 대한 이해를 심화할 수 있는 단초를 제공한 것”이라며, “향후 MRI 소비 전력을 절감하여 의료비를 줄일 뿐만 아니라, 새로운 산업적 가치를 유발할 수 있는 초전도 물질 디자인에 기여할 것”이라고 설명했다.

이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(리더연구자) 및 교육부·한국연구재단 이공학 개인기초연구지원사업의 지원으로 수행되었으며, 미국 로스알라모스국립연구소, 중국 저장대학교와의 공동연구로 진행되었다.

국제학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 1월 30일에 게재되었다.