초전도체

초전도체는 특정 조건에서 전기 저항이 완전히 사라지는 물질을 말하는 것으로 전해지고 있습니다. 일반적으로 전기가 도체를 통과할 때는 저항이 발생하게 되고, 이 저항 때문에 에너지 손실이 일어나며 열이 발생하게 되는 것으로 알려져 있습니다. 하지만 초전도 상태가 되면 이러한 저항이 제로가 되어 전기가 손실 없이 흐를 수 있게 되는 것이죠. 초전도 현상은 1911년 네덜란드의 물리학자 헤이커 카메를링 오너스가 수은을 영하 269도까지 냉각시켰을 때 처음 발견한 것으로 기록되고 있습니다. 한편 그는 이 온도에서 수은의 전기 저항이 갑자기 사라지는 것을 관찰했고, 이것이 바로 초전도 현상의 시작이었던 것으로 전해지고 있습니다. 더불어 이후 100년이 넘는 시간 동안 과학자들은 더 높은 온도에서 작동하는 초전도체를 찾기 위해 노력해왔습니다. 초전도체가 가진 또 다른 중요한 특성은 마이스너 효과인 것으로 파악되고 있습니다. 이는 초전도체가 외부 자기장을 완전히 밀어내는 현상인데요, 이 때문에

자석을 초전도체 위에 올려놓으면 자석이 공중에 떠 있는 것처럼 보이게 되는 것으로 알려져 있습니다. 또한 이러한 현상을 자기부상이라고 하며, 이것이 바로 초전도체를 활용한 자기부상열차의 핵심 원리인 것으로 전해지고 있습니다. 현재까지 발견된 초전도체는 크게 두 가지 종류로 나눌 수 있는 것으로 보입니다. 첫 번째는 저온 초전도체로, 절대온도 30도 이하의 극저온에서만 초전도 현상을 보이는 물질들인 것으로 알려져 있습니다. 한편 수은, 납, 알루미늄 등의 금속이 여기에 해당하며, 실용화를 위해서는 액체 헬륨으로 냉각해야 하기 때문에 비용이 많이 드는 것으로 파악되고 있습니다. 두 번째는 고온 초전도체인데, 여기서 고온이라는 것은 상대적인 개념으로 보통 영하 196도 정도의 온도를 말하는 것으로 전해지고 있습니다. 1986년 베드노르츠와 뮐러가 구리 산화물 기반의 세라믹 물질에서 고온 초전도 현상을 발견하면서 큰 주목을 받았고, 더불어 이들은 이 업적으로 노벨상을 수상하기도 한 것으

로 기록되고 있습니다. 초전도체가 왜 이렇게 중요한지는 그 활용 가능성을 보면 알 수 있는 것으로 보입니다. 가장 먼저 생각해볼 수 있는 것이 바로 에너지 전송 분야인 것으로 파악되고 있습니다. 한편 현재 전력을 송전할 때 약 7-10퍼센트의 전력이 송전선의 저항 때문에 손실되는데, 초전도 송전선을 사용하면 이러한 손실을 제로로 만들 수 있는 것으로 전해지고 있습니다. 의료 분야에서도 초전도체는 이미 중요하게 사용되고 있는 것으로 알려져 있습니다. 병원에서 사용하는 MRI 장비가 바로 초전도 자석을 활용한 대표적인 예인 것으로 보입니다. 또한 초전도 자석은 강력하고 안정적인 자기장을 만들어낼 수 있어 인체 내부를 정밀하게 촬영할 수 있게 해주는 것으로 전해지고 있습니다. 덕분에 우리는 수술 없이도 몸속 상태를 자세히 확인할 수 있게 되었죠. 교통 분야에서는 자기부상열차가 초전도체 기술의 대표적인 응용 사례인 것으로 알려져 있습니다. 일본의 리니어 모터카는 시속 600킬로미터 이상

의 속도를 낼 수 있는데, 이는 초전도 자석이 만들어내는 강력한 자기장을 이용해 열차를 공중에 띄우고 추진하기 때문에 가능한 것으로 전해지고 있습니다. 과학 연구 분야에서도 초전도체는 필수불가결한 요소인 것으로 파악되고 있습니다. 한편 유럽의 대형 강입자 충돌기인 LHC에서는 수천 개의 초전도 자석을 사용해 입자를 가속시키고 있으며, 이를 통해 힉스 입자와 같은 새로운 발견들이 이루어진 것으로 알려져 있습니다. 더불어 초전도 기술 없이는 이러한 대형 실험 장치를 운영하는 것이 사실상 불가능했을 것으로 보입니다. 최근에는 양자컴퓨터 개발에도 초전도체가 핵심적인 역할을 하고 있는 것으로 전해지고 있습니다. 구글과 IBM 등의 기업들이 개발하는 초전도 양자컴퓨터는 초전도 회로를 이용해 양자비트를 만들어내는 것으로 알려져 있습니다. 한편 이러한 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터로는 불가능했던 복잡한 계산을 수행할 수 있어 암호 해독, 신약 개발, 기후 예측 등 다양한 분야에 혁명을 가져올 것으로

기대되고 있습니다. 그렇다면 왜 우리 주변에서 초전도체를 더 많이 볼 수 없는 걸까요? 가장 큰 이유는 바로 극저온을 유지해야 한다는 점인 것으로 파악되고 있습니다. 현재까지 발견된 대부분의 초전도체는 영하 100도 이하의 온도에서만 작동하기 때문에 액체 질소나 액체 헬륨으로 계속 냉각시켜야 하는 것으로 알려져 있습니다. 또한 이러한 냉각 시스템을 유지하는 데는 많은 비용과 에너지가 필요한 것으로 전해지고 있습니다. 이 때문에 과학자들이 꿈꾸는 것이 바로 상온 초전도체인 것으로 보입니다. 상온, 즉 우리가 생활하는 일반적인 온도에서 작동하는 초전도체가 개발된다면 그야말로 혁명적인 변화가 일어날 것으로 예상되고 있습니다. 한편 냉각 장치 없이도 초전도 현상을 이용할 수 있다면 응용 범위가 기하급수적으로 확대될 것으로 전해지고 있습니다. 2020년과 2023년에는 상온 초전도체 발견 소식이 전 세계를 떠들썩하게 만든 것으로 기록되고 있습니다. 특히 2023년 한국 연구팀이 LK-99

라는 물질이 상온에서 초전도 현상을 보인다고 발표하면서 엄청난 관심을 받았던 것으로 알려져 있습니다. 하지만 안타깝게도 후속 검증 과정에서 재현되지 않아 상온 초전도체로 인정받지는 못한 것으로 전해지고 있습니다. 이러한 논란에도 불구하고 상온 초전도체 연구는 계속되고 있는 것으로 보입니다. 2020년 미국 로체스터 대학 연구팀은 탄소와 수소, 황으로 이루어진 화합물이 섭씨 15도에서 초전도 현상을 보인다고 발표한 바 있는 것으로 알려져 있습니다. 다만 이 경우에는 267만 기압이라는 극한의 압력이 필요했기 때문에 실용화에는 한계가 있었던 것으로 파악되고 있습니다. 초전도체 연구의 역사를 보면 지속적으로 임계온도가 상승해왔다는 것을 알 수 있는 것으로 전해지고 있습니다. 1911년 수은의 영하 269도에서 시작해, 1986년 고온 초전도체 발견으로 영하 196도까지 올라왔고, 한편 최근에는 극한 압력 조건이기는 하지만 영상의 온도에서도 초전도 현상이 관찰되고 있는 것으로 보입니다.

이는 언젠가는 실용적인 상온 초전도체가 개발될 수 있다는 희망을 주고 있는 것으로 알려져 있습니다. 초전도체가 실용화되면 우리 생활이 어떻게 변할까요? 우선 전력 손실이 거의 없는 송전망이 구축되어 에너지 효율이 크게 높아질 것으로 예상되고 있습니다. 이는 전기료 절감은 물론 탄소 배출 감소에도 크게 기여할 수 있는 것으로 전해지고 있습니다. 더불어 지구 온난화 문제 해결에 중요한 역할을 할 수 있다는 의미인 것으로 파악되고 있습니다. 교통 시스템도 완전히 바뀔 수 있는 것으로 보입니다. 자기부상열차가 보편화되면 더 빠르고 안전하며 조용한 이동 수단을 갖게 될 것으로 예상되고 있습니다. 또한 초전도 모터를 사용한 전기 비행기나 선박도 개발될 수 있어 운송 산업 전반에 혁신이 일어날 것으로 전해지고 있습니다. 전자기기 분야에서도 큰 변화가 예상되는 것으로 알려져 있습니다. 초전도 프로세서를 사용하면 발열 없이 훨씬 빠른 연산이 가능해져 컴퓨터의 성능이 비약적으로 향상될 것으로 보입

니다. 한편 초전도 배터리는 에너지 손실 없이 전기를 저장할 수 있어 전기차의 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있는 것으로 전해지고 있습니다. 군사 분야에서도 초전도체 기술은 중요하게 여겨지고 있는 것으로 파악되고 있습니다. 초전도 레일건은 화약 없이 전자기력만으로 발사체를 초고속으로 발사할 수 있으며, 더불어 초전도 센서는 잠수함 탐지 등에 활용될 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 이 때문에 주요 국가들은 초전도체 연구에 많은 투자를 하고 있는 것으로 전해지고 있습니다. 우주 개발 분야에서도 초전도체는 중요한 역할을 할 것으로 기대되고 있습니다. 초전도 자석을 이용한 우주선 추진 시스템이나 우주 정거장의 에너지 저장 장치 등에 활용될 수 있는 것으로 보입니다. 특히 우주는 자연적으로 극저온 환경이기 때문에 초전도체를 사용하기에 유리한 조건을 갖추고 있는 것으로 알려져 있습니다. 초전도체 산업은 앞으로 크게 성장할 것으로 전망되고 있습니다. 시장조사 기관들은 2030년까지 초전도체

시장 규모가 수백억 달러에 이를 것으로 예측하고 있는 것으로 전해지고 있습니다. 특히 전력 산업, 의료 기기, 교통 시스템 분야에서 수요가 크게 증가할 것으로 보입니다. 한국도 초전도체 연구에 많은 투자를 하고 있는 것으로 알려져 있습니다. 한국초전도저온공학회를 중심으로 대학과 연구소, 기업들이 협력하여 초전도 기술 개발에 힘쓰고 있으며, 한편 특히 초전도 전력 케이블과 변압기, 모터 등의 실용화에 주력하고 있는 것으로 전해지고 있습니다. LK-99 논란이 있었지만 이를 계기로 초전도 연구에 대한 관심이 더욱 높아진 측면도 있는 것으로 보입니다. 초전도체 연구의 미래는 밝지만 동시에 많은 도전 과제도 남아 있는 것으로 파악되고 있습니다. 상온 초전도체 개발이라는 궁극의 목표를 달성하기 위해서는 초전도 메커니즘에 대한 더 깊은 이해가 필요한 것으로 전해지고 있습니다. 또한 대량 생산 기술과 비용 절감도 실용화를 위해 반드시 해결해야 할 과제들인 것으로 알려져 있습니다. 그럼에도

불구하고 초전도체 기술은 인류의 미래를 바꿀 수 있는 가장 중요한 기술 중 하나임은 분명한 것으로 보입니다. 에너지 효율 향상, 친환경 교통 시스템, 혁신적인 의료 기술, 차세대 컴퓨팅 등 거의 모든 산업 분야에 영향을 미칠 수 있는 것으로 전해지고 있습니다. 우리는 지금 초전도체 기술 발전의 중요한 시점에 서 있는 것으로 파악되고 있습니다. 비록 상온 초전도체가 아직 실현되지는 않았지만, 과학자들의 끊임없는 노력으로 언젠가는 반드시 달성될 것이라는 희망을 가져볼 수 있는 것으로 보입니다. 더불어 그날이 오면 우리의 삶은 지금과는 완전히 다른 모습으로 변화해 있을 것으로 예상되고 있습니다. 여러분도 초전도체에 대해 관심을 가져보시는 것은 어떨까요? 단순히 과학 용어로만 생각하기보다는 우리의 미래를 바꿀 수 있는 혁신 기술로 이해하신다면, 관련 뉴스나 연구 소식을 접할 때 훨씬 더 흥미롭게 느껴질 것으로 전해지고 있습니다. 한편 초전도체가 가져올 변화의 시대를 함께 기대해봅시다.