[KOR] [공학,과학] 초전도체의 현상과 LK-99의 논란

[Contents]

초전도 현상과 초전도체,

초전도체의 특성,

초전도체의 종류,

유형 I 초전도체,

유형 II 초전도체,

초전도체의 발견,

LK-99의 논란과 결론

 

초전도 현상과 초전도체
초전도 현상은 일정한 임계 온도 이하에서 금속, 합금, 반도체, 또는 유기 화합물과 같은 물질의 전기 저항이 갑자기 사라지며, 전류가 장애 없이 흐르는 현상을 나타냅니다. 이 때 물질은 외부 자기장과 반대 방향의 자기장을 생성하는 반자성을 갖습니다. 이 현상이 일어나는 물질을 초전도체라고 부르며, 이러한 물질은 일반적으로 매우 낮은 온도에서 나타납니다.

초전도 현상은 다양한 종류의 물질에서 관찰되며, 일부 물질은 한 가지 원소로 구성되어 있을 수 있고, 다른 경우에는 금속 합금이나 도핑된 세라믹 물질에서 나타납니다. 그러나 귀금속인 금이나 은과 같은 물질에서는 초전도 현상이 나타나지 않으며, 강자성 금속에서도 관찰되지 않습니다.

초전도 현상은 일반적인 고전 물리학 이론으로는 설명하기 어려운 양자 역학적 현상으로, 초전도체를 설명하는 데 새로운 이론이 필요합니다.

1986년에는 고온 초전도체가 발견되어, 초전도체 연구가 재부각되었습니다. 이러한 물질들은 기존의 이론으로 설명되기 어려우며, 상업적으로 활용 가능한 온도 범위에서 초전도 현상을 나타내기 때문에 경제적인 중요성을 가집니다.

 

 

 

 

초전도체의 특성
초전도체는 특정한 온도 이하에서 전기 저항이 사실상 없어지는 물질로, 전류가 에너지 손실 없이 흐를 수 있는 물질을 가리킵니다. 이러한 현상을 초전류라고 부르며, 실제로 이상적인 초전도체를 제작하는 것은 매우 어렵습니다.

 

 

초전도체의 종류
초전도체는 유형 I와 유형 II로 나눌 수 있습니다.

유형 I 초전도체: 실온에서 전도체 역할을 하며, 낮은 온도로 냉각될 때 물질 내 분자 운동이 충분히 감소하여 전류가 방해받지 않고 자유롭게 흐릅니다.

유형 II 초전도체: 상온에서 전도체로 작용하지만 유형 I에 비해 상태 변화가 뚜렷하지 않습니다. 이러한 초전도체는 주로 금속 화합물과 합금으로 이루어져 있습니다.

 

초전도체의 발견
초전도 현상은 1911년 네덜란드 물리학자 하이케 카머링 온네스(Heike Kamerlingh Onnes)에 의해 처음 발견되었으며, 그 이후 다양한 종류의 초전도체가 연구되어 왔습니다. 이 분야의 중요성을 인정받아 BCS 이론은 John Bardeen, Leon Cooper, John Schrieffer에게 1972년 노벨 물리학상을 수여받았습니다.

LK-99의 논란과 결론
최근에는 LK-99 단결정에 대한 논란이 발생했습니다. 초기 발표에서 이 물질은 초전도체로 여겨졌으나 후속 연구에서 이것은 절연체로 확인되었습니다. 이 논란은 과학 연구의 복잡성과 중요성을 강조하며, 연구자들은 실험 결과의 검증과 과학적 방법론의 정확성에 대한 중요성을 재차 강조하고 있습니다.

네이처에 따르면 독일 연구팀은 LK-99를 도가니에서 가열해 제조하는 한국 연구팀과 검증에 나선 외국 연구팀들과 다르게 '부유 영역 결정 성장' 기법을 활용하여 순수한 LK-99 단결정을 만들어내었습니다. 이 실험 결과로 인해 LK-99는 초전도체가 아닌 수백만 옴(Ω)에 달하는 저항을 가진 절연체로 밝혀졌으며, 약간의 강자성과 반자성을 나타냈지만, 자석 위에서 떠오르지 않았습니다.

이러한 논란은 과학 연구의 정확성과 신뢰성에 대한 중요한 교훈을 제공하며, 과학계와 연구자들은 실험 결과의 검증과 신뢰성을 강조하고 있습니다.