February 25,2018

난제 ‘초전도체 형성원리’ 국제 공동연구로 규명

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한국연구재단은 성균관대 박두선 교수·정순길 연구교수가 고체 물리학계 미해결 과제 중 하나인 비정상 초전도체 형성원리에 대해 규명했다고 11일 밝혔다.

연구는 미국 로스앨러모스 국립연구소·중국 저장대학교에서 공동 진행했다.

초전도체는 절대 영도(영하 273도)에 가까운 매우 낮은 온도에서 저항이 0이 되는 성질을 가졌다.

저항이 없으면 전력손실 없이 전기가 흐를 수 있다.

비정상 초전도체는 자기공명영상(MRI) 기기나 자기부상열차 같은 분야를 넘어 더 많은 곳에서 활용될 것으로 기대되기 때문이다.

초전도체의 특성은 전자쌍에 따라 결정된다.

비정상 초전도체 전자쌍이 어떻게 만들어지는지에 대해선 아직 이론 상에만 존재할 뿐 실제로 밝혀지진 않았다.

다양한 가설을 실험적으로 증명하기에는 변수가 많아서다.

연구팀은 비정상 초전도체의 대표적인 초전도 특성으로서 임계전류를 살펴본 결과 양자 임계점에서 임계전류가 최대가 된다는 사실을 찾아냈다.

양자 임계점은 절대 영도에서 하나의 상이 다른 상으로 변하는 지점이다.

임계전류는 저항이 0일 때 전력손실 없이 수송할 수 있는 최대 전류를 뜻한다.

임계전류 이상의 전류에서는 저항값이 생긴다.

연구팀이 관찰한 비정상 초전도체는 세륨(Ce)·로듐(Rh)·인듐(In)에 미량의 주석(Sn)을 첨가한 물질이다.

최대 임계전류는 ‘초전도체의 전자쌍이 형성돼 초전도 현상이 가장 커진다’는 것을 시사한다

임계전류와 양자점의 직접적인 연관성을 보인 이번 결과는 비정상 초전도체의 전자쌍 매개 원인이 양자점에서 나오는 양자요동에 따른 것이라는 가능성을 강하게 뒷받침한다고 연구팀은 설명했다.

박두선 교수는 “양자 임계점과 고온 초전도에 대한 이해를 심화할 수 있는 실마리를 제공한 것”이라며 “새로운 산업적 가치를 유발할 수 있는 초전도 물질 디자인에 아이디어를 줄 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(리더연구자)과 교육부·한국연구재단 이공학 개인기초연구지원사업 지원으로 수행했다.

성과를 담은 논문은 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 지난달 30일 자에 실렸다.

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