초전도체란 특정 온도 즉 임계온도 이하에서 저항값이 급격히 내려가 0이 되는 물질을 말한다. 임계온도 이하의 초전도체는 마이스너 효과를 가지고 있다. 마이스너 효과는 임계온도 이하의 초전도체가 자기장을 밀어내는 효과를 말하며 이에 따라 자석 위에 초전도체를 두면 초전도체가 바닥에 접촉하지 않고 떠 있을 수 있다. 이러한 성질들을 가진 초전도체는 임계온도가 매우 낮아 실제로 일상생활에서 사용하기 힘든 단점이 있다. 하지만 최근 김현탁 등 몇몇 저자들이 쓴 임계온도가 상온인 상온 & 상압 초전도체가 발견되었다는 논문이 발표된 후 유명 커뮤니티 레딧에서 이슈가 되며 전 세계적인 관심을 끌게 되었다.
만약 이러한 상온 & 상압 초전도체가 상용화된다면 전기저항이 0인만큼 전기를 옮길 때 효율이 100%가 된다. 현재 전기를 옮길 때 사용하는 구리 선은 에너지 손실률이 약 4% 정도로 매년 한국에서는 약 1.5조, 미국에서는 약 20~30조가량 손실된다고 한다. 즉 초전도체로 전기를 옮길 수 있게 된다면 매년 전 세계적으로 몇십조에서 몇백조가량의 전기를 아낄 수 있게 된다. 또한 교통 분야도 크게 발전할 수 있다. 초전도체의 마이스너 효과를 이용한 자기부상 열차는 바닥과의 마찰이 없으므로 적은 에너지로 아주 빠른 속도를 낼 수 있고 에너지 효율도 매우 좋다고 한다. 그렇기에 상온 초전도체가 개발된다면 엄청난 속도의 자기부상열차를 이용할 수 있게 된다. 또한 각종 전자기기와 반도체 기술도 큰 도약을 이룰 수 있다. 초전도체는 저항이 0이기에 열이 발생하지 않는다. 즉 아무리 전자기기를 오래 해도 발열이 안 나게 되는 것이다. 그렇게 된다면 전력 효율도 100%에다가 발열도 없으니 이 분야는 크게 발전할 것이다. 추가로 양자컴퓨터의 발전도 상온 초전도체가 앞당길 것이다. 현재 IBM, 구글 등의 양자컴퓨터는 초전도 양자컴퓨터에 기반을 둔다. 그러나 이 양자 컴퓨터의 성능을 유지하려면 절대 영도에 가깝게 냉각시켜 줘야 한다. 상온 초전도체가 개발된다면 냉각이 따로 필요 없기에 부품이 줄어들어 설계도 쉬워지고 공간 효율도 전력효율도 좋아지게 된다.
상온 상압 초전도체가 발견된다면 이러한 다양한 분야에서 큰 도약을 이룰 수 있는데 학계에서는 LK99에 대해 부정적인 의견이 크다. 이에 대해 직접 들어보기 위해 최근 다양한 방송과 유튜브에 나오며 인기를 끌고 있는 성균관 대학교 물리학과 김범준 교수님께 몇 가지 질문을 해 답변을 받았다.
Q1 LK99에 대해 다양한 의견이 나오고는 있지만 대체로 부정적인 의견들인데 교수님은 LK99에 대해 어떻게 생각하시나요?
A1 현재 물리학계에서는 초전도체가 아니라는 것으로 대부분의 물리학자의 의견이 모인 상황입니다. 일단 저자들의 논문에 들어있는 결과 그래프에서도 초전도성을 명확히 확인할 수 없습니다. 왜 저자들이 초전도체라고 판단하는 오류가 있었는지도 최근 네이처 기사에서 명확히 설명했고요. 초전도체가 아니라는 것이 저를 포함한 거의 모든 물리학자의 생각입니다.
Q2 초전도체는 임계온도에서 급격히 저항이 떨어지는데 왜 급격히 떨어지는지 간단하게 설명해 주실 수 있나요?
A2 낮은 온도에서는 전자가 둘씩 짝을 이루는 쿠퍼쌍을 형성하고 많은 쿠퍼쌍이 에너지 바닥 상태에 있게 됩니다. 물질 안의 결함이나 원자핵의 떨림이 저항을 보통 만들어 내게 되는 데, 이렇게 수많은 쿠퍼쌍이 에너지 바닥 상태에 있으면서 함께 움직일 때는 이 영향을 받지 않아서, 저항이 0이 된다고 알려져 있습니다.
Q3 마지막으로 과학을 좋아하는 고등학생들에게 한마디 조언 해주실 수 있나요?
A3 너무 일찍 어려운 과학을 고등학교 때부터 공부할 필요는 없어요. 어차피 대학에서 배우니까요. 고등학교 수준의 과학과 수학만 잘 이해하고 있어도 대학에서 과학을 전공하는 것이 어렵지 않습니다. 과학을 연구하고 싶다는 열정, 자연에 대한 호기심만 있다면 충분하다고 생각해요.
