한국 연구진이 발표한 상온 초전도체 물질 LK-99에 대해 국내외 학계의 회의적인 반응과 검증 시도가 이어지고 있다. 중국 연구진은 LK-99 결정의 합성과 마이스너 효과를 보였다고 주장했다.
상온 상압 초전도체는 과학계의 오랜 꿈이자 난제다. 초전도 현상은 금속 등에서 전기저항이 어느 온도 아래에서 0이 되는 현상을 말한다. 전기 저항을 없애면 저항이 소모하는 에너지를 줄일 수 있어 자기부상열차나 전력망 등에 사용처가 무궁무진하지만, 현재는 극저온이나 초고압에서만 초전도 현상을 구현할 수 있어 활용도가 낮다.
그러나 지난달 22일 논문 사전공개 사이트 '아카이브’에 한국 연구진이 상온과 대기압 조건에서 초전도 현상을 보이는 새로운 물질을 개발했다는 두 개의 논문이 올라왔다. 저자로는 이석배 퀀텀에너지연구소 대표와 회사 연구자, 권영완 고려대 연구교수, 오근호 한양대 명예교수, 지난해까지 한국전자통신연구원 (ETRI)에 근무했던 김현탁 박사 등이 포함됐다.
연구진은 논문에서 납과 인회석 결정 구조인 'LK-99’라는 새로운 물질을 개발했다며 초전도 현상이 일어나는 임계 온도가 섭씨 127도 (400K)라고 주장했다. 이는 온도가 127도 이하일 때는 초전도 현상이 일어난다는 뜻이다. 이들은 1990년대 고려대 화학과 최동식 명예교수가 주장한 이론을 바탕으로 20여 년에 걸쳐 연구를 진행했다고 주장했다. 퀀텀에너지연구소는 2008년 고려대 연구자들이 창업한 기업이다.
이번 연구결과는 국내에서도 인터넷 커뮤니티를 중심으로 빠르게 확산하고 해외에서는 외신들이 잇따라 소개하는 등 주목을 받고 있지만, 과학계는 이번 연구결과에 대해 회의적인 분위기다. 해외에서도 상온 초전도체를 개발했다는 발표가 여러 차례 있었지만, 최근에도 재현성이 없다며 논문이 철회되는 등 부침을 겪고 있어서다.
앞서 미국 로체스터대 랭거 디아스 교수 연구팀이 2020년 국제학술지 '네이처’에 대기압 100만 배 압력에서 상온 초전도체를 개발했다고 발표했지만, 재현이 불가능하다며 논문이 철회됐다. 디아스 교수는 올해 네이처에 다시 상온 초전도체 논문을 발표했지만, 2021년 국제학술지 '피지컬 리뷰 레터스’에 낸 논문이 또다시 데이터 조작을 이유로 철회되면서 의심의 눈초리를 받고 있다.
한국 연구진의 이번 논문 역시 발표한 데이터가 세부 사항이 부족하다는 지적과 물질 특성상 초전도성이 발현되기 어렵다는 지적이 나온다. 국제학술지 사이언스는 27일 (현지시간) 이번 논문에 대해 조망하며 "논문의 세부사항이 부족해 물리학자들이 회의감에 휩싸여 있다"고 학계의 반응을 실었다. 사이언스는 미국 아르곤국립연구소 등이 논문 내 물질을 재현하려고 시도하고 있다며 1주일 내로 물리학자들이 이번 주장을 검증할 수 있다고 전했다.
국내 과학계도 이들 연구자가 국내 초전도체 학계와 교류가 전혀 없었던 상황인 만큼 검증이 되기 전에는 신중하게 바라봐야 한다는 분위기다. 강병원 충북대 물리학과 교수는 "해외에서도 몇 군데에서 검증 작업에 들어갔다고 들었다"며 "상온 초전도체와 관련해서는 여러 논란이 많다 보니 모든 학계 분이 신중한 상황"이라고 말했다.
한편 중국 연구진은 LK-99 결정의 합성과 마이스너 효과를 보였다고 주장했다. 마이스너 효과란 초전도체가 자기장을 배제하는 현상으로, 초전도 현상의 증거로 간주된다. 2일 중국 과기일보 등에 따르면 화중과학기술대학교는 전일 중국 동영상 플랫폼 빌리빌리에 초전도체 LK-99 합성에 성공했다며 관련 영상을 공개했다. 창하이신 화중과기대 재료공학부 교수팀이 이끄는 연구팀은 LK-99 결정 합성에 성공해 마이스너 효과를 검증하는 데 성공했다고 주장했다.
연구팀은 LK-99 결정을 액체질소로 냉각한 후 자석을 가까이 가져가면 자석이 밀려나는 모습을 보여줬다. 이들은 LK-99 결정의 임계 온도가 400K 정도라고 밝혔으며, 이번 연구결과를 곧 학술지에 게재할 예정이라고 말했다.
초전도체의 응용과 발전 방향
초전도체는 전기 저항이 없는 물질로, 에너지 손실이 없는 전력 전송, 자기부상열차, 초전도자석, 초전도 컴퓨터 등 다양한 분야에서 응용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 그러나 현재까지 발견된 초전도체들은 대부분 저온이나 고압에서만 초전도 현상을 보이기 때문에 실용화에 어려움이 있다. 따라서 과학자들은 상온에서도 초전도 현상을 보이는 물질을 찾기 위해 노력하고 있다.
최근에는 고온 초전도체라고 불리는 새로운 종류의 초전도체들이 발견되었다. 이들은 구리-페로브스카이트 계 세라믹 물질이나 철계 화합물 등으로 이루어져 있으며, 액체 질소 온도 (77 K) 이상에서도 초전도 현상을 보인다. 이들은 일반 초전도체보다 임계 온도가 높고, 자기장에 강한 저항성을 가지며, 다양한 화학적 조성을 가질 수 있다는 특징을 가진다. 그러나 이들의 초전도 메커니즘은 아직 잘 이해되지 않고 있으며, 임계 온도를 더 높이기 위한 방법도 찾아야 한다.
또한 최근에는 상온 상압에서 초전도 현상을 보인다고 주장하는 연구결과들이 발표되었다. 2020년에는 미국 로체스터대의 연구팀이 수소와 탄소, 황으로 이루어진 물질에서 15 °C에서 초전도 현상을 보였다고 발표했다. 2021년에는 중국 화중과학기술대학교의 연구팀이 납과 인회석 결정 구조인 'LK-99’라는 물질에서 127 °C에서 마이스너 효과를 보였다고 주장했다. 그러나 이들의 연구결과는 재현성이 없거나 데이터 조작이 의심되는 등 논란의 여지가 많다.
초전도체의 연구는 과학적인 도전과 기술적인 혁신을 위해 계속되고 있다. 상온 초전도체를 개발하면 에너지 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 새로운 양자 기술을 가능하게 할 수 있다. 그러나 상온 초전도체의 존재 여부와 원리는 아직 밝혀지지 않은 과학적인 난제이다. 따라서 초전도체의 연구는 꾸준한 관심과 지원이 필요하다.
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