초전도체 공중부양 시대 가능할것인가? LK99

초전도체공중부양가능할 것인가?

국내 연구진이 상온 초전도체(LK-99)를 개발했다고 발표해 세계적인 관심은 받고 있습니다.

초전도체가 무엇이고 어떤 역할을 하는지, 어떻게 활용할 수 있는지 알아보겠습니다.

초전도체(Superconductor) 무엇인가?

초전도체는 특정 온도 아래에서 전기 저항이 0이 되는 현상과 마이너스가 되는 물질을 말합니다.

일반적으로 금속성을 가진 물질(도체, conductor)의 전기 저항은 온도가 낮아질수록 줄어드는데요. 특정 온도에서 저항이 갑자기 0이 되는 걸 말합니다.

초전도체의 발견

1911년 네덜란드 물리학자 오너스(H. K. Onnes)에 의해 수은이 극도로 낮은 온도에서 전기저항이 0이 되는 것을 발견하였습니다.

수은은 일반적인 상온에서 전기 저항을 가지고 있습니다. 전기를 흘려보내면 저항과 같은 금속의 특성을 나타냅니다.

수은을 액체 액체 헬륨으로 절대온도 4.2K. 즉 영하 268.8도까지 냉각할 때 갑자기 저항이 없어지는 현상을 발견했습니다. 그리고 저항이 없다는 뜻으로 초전도 현상이라고 이름을 붙였습니다.

이후 100여 년 동안 종종 상온 초전도 현상이 발표되었지만, 성공적인 사례가 없습니다.

초전도체의 특징

초전도체의 대표적인 특징은 2가지가 있습니다.

전기저항이 없다.

전기 저항이 없다는 건 전류를 흘렸을 때 에너지 손실이 없다는 것입니다.

전선으로 만든다면 현재 20% 이상의 전력 손실이 거의 사라지게 됩니다.

휴대폰을 오래 사용하면 내부에 전기적 저항으로 인해 열이 발생합니다.

한 번 발생한 전류가 에너지의 손실 없이 무한히 흐를 수 있다면 전력 전송이나 에너지 저장과 같은 분야에서 엄청난 효율과 미래 에너지분야에 큰 획을 그을 것입니다.

친환경 에너지의 발전과 함께 화석연료가 사라질지도 모릅니다.

마이스너효과(Meissnereffect)

초전도체 내부로 자기장이 침투를 못하는 현상을 말합니다.

일반적인도체는외부자기장에반응하는특성이있습니다.

하지만, 초전도체는 자기장 속에서 외부 자기장과 반대 방향의 자기장을 내부에 만듭니다. 내부에 자체적인 자기 선을 만들어 외부 자기장을 밀어내는 모습을 보입니다. 마이스너 효과는 초전도체가 공중에 뜨는 현상을 설명할 수 있어요.

이 마이스너 효과의 응용분야가 우리의 미래를 바꾸게 될지도 모릅니다.

상온 초전도체 LK-99

2023년 7월 국내의 과학자 이석배와 김지훈 님이 arxiv를 통해 세계최초로 상온 상압(일반온도와 기압)에서 초전도체 (LK-99)를 발표하였습니다.

현재 전 세계 과학자들의 최고 이슈이며 각 연구처에서 실험을 진행 중에 있습니다.

인류 역사상 상온상압 초전도체라면 최초 최고의 발명품이자 영화 속에서나 상상으로만 가능하게 여겨지던 게 현실화됩니다. 물론 제작방법이 사실이라면 여러 분야에서의 노벨상은 따놓은 것이나 다름없다고 학계에서도 인정하고 있습니다.

지금까지 노벨상을 받은 대표적인 신물질은 많이 있습니다.

페니실린, 암모니아, 알루미늄, 그래핀, 실리콘 등 다양하게 있지만 상온 초전도체의 성공은 인류역사상 최고의 물질이자 과학계의 게임체인저가 될 것입니다.

초전도체의 응용분야

공중부양 기술

영화 '아바타'에서 인류는 상온 초전도 성질을 가진 매우 귀하고 값비싼 자원 ‘언옵테늄’을 캐러 외계 행성 판도라를 침략한다.영화 속 공중 부양 ‘섬’들이 바로 언옵테늄의 실체입니다.

초전도의 주요 성질 중 하나인 마이스너 현상 때문에 다른 물체를 밀어내 공중에 떠 있습니다.

언옵테늄은 SF 영화·소설 등에서 자주 나오는 ‘구할 수 없는 자원’이란 뜻의 신조어입니다.

그만큼 엄청난 가치를 지닌다는 의미이기도 합니다.

여기에서 가장 큰 특징은 바로 상온 초전도성을 가진다는 것입니다.

자기 부상열차

바퀴 없이 공중에 떠서 레일을 달리는 자기 부상 열차입니다.

자기 부상열차는 같은 극끼리 밀어내는 자석의 성질로 움직입니다.

마찰이 없으므로 에너지의 손실이 없습니다.

속도는 자기 부상열차의 기술력에 따라 어마어마한 속도까지 구현가능해집니다.

양자컴퓨터

초전도체를 활용하기 위해 매우 낮은 온도에서 동작하는 양자컴퓨터도 큰 발전이 가능합니다.

컴퓨터 내부의 전자장치와 반도체에 전지저항을 0에 가깝게 만들면 발열과 에너지 손실이 없으므로 전력을 많이 사용하는 슈퍼컴퓨터의 에너지를 최소화하여 양자컴퓨터 발전에 더 가까워질 것입니다.

의료 분야의 혁신

초전도체는 의료 분야에서도 혁신과 발전을 이룰 수 있는 많은 가능성을 가지고 있습니다.

초전도 자기 공명영상(MRI)은이미널리사용되고있지만,초전도체를활용한신속하고정확한영상촬영을가능하게함으로써의료진들에게더욱정확하고효율적인진단도구를제공할수있을것입니다.

또한초전도체기술을이용한의료용로봇및심박보조장치등의개발도기대됩니다.

이러한응용분야에서초전도체는의료기술의혁신과환자치료의질향상에큰역할을할것으로전망됩니다.

결론

각종 국내학회와 해외학회에서 긍정 및 부정의 연구결과가 쏟아지고 있습니다.

빠른 시간 내 좋은 결과의 소식이 나왔으면 좋겠습니다.

우리나라가 최초의 상온 초전도기술을 획득하는 그런 영광스러운 날이 왔으면 합니다.

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