"LK-99" 상온 초전도체...주식이 들썩

지난 7월 26일 상온 초전도체 관련 한국 논문이 고체물리 아카이브에 올라와 커뮤니티가 난리가 났었습니다. 

 

"LK-99의 합성법과 연구결과과 담긴 출판 전 논문이었습니다. 열흘 정도의 시간이 지나자 전세계 많은 연구자들이 재현실험에 나섰고 갑자기 미국의 국립연구소가 등장하는가 하면 초전도체 관련 주가가 들썩이고 있습니다. 전 세계에서 발표되는 출판 전 논문 한편을 손꼽아 기다리는 일이 발생한 것입니다. 

 

저항이 '0'인 초전도체

초전도체 위에 자석이 떠 있는 모습

도체, 부도체  전기가 통하는지 아닌지에 따라 구분을 합니다.

전기가 통하는 물체는 도체 통하지 않는 물체는 부도체입니다. 전기가 통하기도 하고 통하지 않기도 하는 물체는 반도체입니다. 전도체는 전기를 통하는 물체 즉 도체입니다. 

 

앞에 초가 붙었다는 것은 월등하다라는 의미가 있습니다. 초사이어인을 떠올리면 이해가 빠르실 겁니다.  즉 전도도가 좋은 물체를 초 전도체라고 하는데 어느 정도이냐 하면 초전도체의 저항은 0입니다. (정확하게 말하면 0에 가깝습니다. )

 

즉 도체 내부에서 전류의 흐름을 막는 저항이 없는 것입니다. 저항 값이 0 이 되니 전류는 무한대가 됩니다. 물론 무한대의 전류는 존재하지 않지만 그만큼 전류가 아주 잘 흐르는 물질이라는 것입니다. 

 

초전도체는 저항이 0일 뿐 아니라 언론에서 많이 보셨을 마이스너 효과가 나타납니다. 마이스너 효과란 초전도 현상이 나타날 때 물질 내부에 있는 자기장을 밖으로 밀어내는 현상입니다. 

 

자기장을 밖으로밀어내는 만큼 자석이 있다면 이를 밀어낼 겁니다. 위의 사진도 마이스너 효과를 보여주는 대표적인 사례입니다. 위에 떠 있는 게 자석 아래가 초전도체입니다. 일반적으로 어떤 물질이 이 두 가지 현상을 나타냈을 때 초전도체라고 이야기를 합니다. 

수소와  황 등의 화합물로 만든 초전도체(가운데 검은 막대기)

초전도체의 활용과 한계

모든 도체에는 저항이 있습니다. 발전소에서 만든 전기가 100% 우리에게 오는 것은 아닙니다. 이동과정에서 저항에 따른 손실이 발생을 합니다. 송배전 손실율은 한국이 3.5%라고 합니다. 만약 초전도체로 전선을 만들 수 있다면 전력 손실을 최소화할 수 있습니다. 

 

또한 저항이 있다는 이야기는 전기가 흐르다가 많이 부딪친다는 의미 입니다. 결국 이러면 열이 발생합니다. 스마트폰, 노트북이 뜨거워지는 이유도 마찬가지입니다. 그 옛날 연인과 밤새 통화를 하면 휴대전화가 뜨거워지는 경험을 해보셨을 겁니다. 휴대전화 내에 있는 회로에 전류가 흐를 때 저항으로 열이 발생했기 때문입니다. 초전도체를 이용한다면 이런 일은 없어지겠죠.

 

전류가 흐르는 도체는 자성 즉 자석의 성질도 갖고 있습니다.전류가 흐르면 자기장이 만들어집니다. 그래서 강한 자기장이 필요한 때 초전도체를 사용하곤 합니다. 이유는 저항이 작으니 전류가 무한대를 가지니까 말입니다. 

병원에 있는 자기공명영상장치(MRI)가 대표적입니다. 자기장을 이용, 공중에 뜬 상태로 이동하는 자기 부상열차 역시 초전도체를 이용합니다. 

 

초전도체의 한계

하지만 안타깝게도 초전도 현상은 영하 237도 즉 절대온도에 가까운 환경에서만 나타납니다. 이유를 살짝 말하자면 전자는 이동과정에서 격자(원자의 배열)에 부딪칩니다 이게 저항이지요. 이 격자는 미세하게 떨림 운동을 하는데 온도가 올라가면 열을 받아서 격자는 더 많이 움직입니다. 당연힌 전자와 많이 부딪치니까 저항은 커지겠죠

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그런데 절대온도에 다다르면 격자는 너무 추워서 움직임을 멈춥니다. 절대영도에서는 입자들의 운동에너지가 0 으로 수렴한다고 합니다. 

 

물론 과학자들은 초전도체 현상이 높은 온도에서 나타날수 있는 방법을 찾아왔습니다. 신기하게도 압력을 높이면 높은 온도에서도 초전도현상이 나타났습니다. 그런데 그 압력이 약 100 만기압에 달합니다. 이유는 아직 모릅니다. 

상온 초전도체는 핫한 주제이기는 하지만 그만큼 논란이 많기도 합니다. 성공했다 라고 발표했다가 재현이 안 되는 일도 있고요, 네이처와 같은 학술지에 게재됐던 논문이 철회되기도 합니다. 구현만 된다면 산업을 뒤바꿀 수 있기에 사람들의 관심을 항상 받고 있는 부분입니다. 

 

LK-99 제조방법과 평가

2023년 4월 30일 한국의 결정성장학회지에 상온상압 초전도체 개발을 위한 고찰이라는 제목의 논문이 올라옵니다. 

민간기업인 퀸텀에너지 연구소소속 연구원과 고려대, 한양대 등 연구진은 납과 구리 황과 인을 중심으로 1999년부터 실험을 했다고 합니다. 구리와 인 황산납(라나카이트) 혼합물을 진공으로 밀봉한뒤 925도에서 5-20시간 구운 뒤 이를 독사진에 옮겨 725도에서 24시간 다시 구웠다고 합니다. 이후 다시 550도에서 48시간 반응시켰더니 LK-99가 만들어졌다고 합니다. 그리고 초전도체 현상을 발견했다며 유튜브에 동영상을 올립니다. 그리고 갑작스럽게 아카이브에 해당 연구성과가 담긴 출판 전 논문이 올라옵니다. 제작과정을 공개했다는 점 그리고 초전도체현상으로 보이는 동영상을 볼 수 있다는 점 때문에 과학기술계는 어 진짜야? 해볼까? 생각하게 됩니다. 만약 말이 안 되는 내용이라면 무언가를 감추었을 테니까요

 

우리가 놓친것들.

출판 전 논문의 저자인 퀀텀연구소장은 언론과의 인터뷰에서 검증받겠다고 했습니다. 하지만 퀸텀 홈페이지에는 전혀 다른 모습입니다. 이미 연구진은 상온 초전도체라고 LK-99를 정의하고 있었습니다. 다양한 분야에 활용할 수 있다며 홍보하고 있는 것입니다. 또한 협력기관에 국내 주요 대기업들이 다수 열거되어 있습니다. 삼성 SDI와 LG오노텍 등 확인결과 우리 기업은 퀸텀에너지 연구소와 파트너십을 체결하지 않았다라고 밝혔습니다. 이러한 상황에서 2일 퀸텀어네지 연구소는 홈페이즈를 닫아버립니다. 

 

관련 주가가 급등하는 등 여려 관련 현상들이 나타나고 있습니다. 초전도체와 조금이라도 관련이 있다면 주가가 급등하니까요, 하지만 아직 정확한 입증이 되지 않은 상황에서 무리한 투자는 손해를 발생할 수 있으니 조금 더 관망이 필요하다는 전문가들의 의견이 큽니다. 하지만 위에서 말했다시피 입증만 된다면 노벨상을 물론 새로운 패러다임의 산업현상을 볼 수 있을 것입니다.