끝나지 않은 논란의 LK-99 초전도체란 무엇인가

지난해 전 세계를 떠들썩하게 했단 상온. 상압 초전도체 LK-99를 기억하시나요?? 초전도학회의 긴 검증 끝에 근거 없는 주장으로 결론 나면서 허탈함을 줬던 사건이었습니다. 그렇게 마무리되는가 했는데 퀀텀에너지연구소의 이석배 대표가 LK-99는 초전도체가 맞다는 주장을 다시 내기 시작했습니다. 여전히 끝나지 않는 초전도체 이슈.. 상온. 상압 초전도체가 개발될 경우 우리의 삶에 또 한 번의 커다란 혁명이 될 물질이기에 성공의 여부가 관심 가는 상황입니다. 그렇다면 초전도체란 무엇이며 우리의 생활에 어떤 영향을 주게 될지 알아보겠습니다.

초전도체란 무엇인가?

초전도체는 특정 온도 이하에서 전기 저항이 0이 되어 전류가 손실 없이 통과하는 물질을 말합니다. 이를 초전도 현상이라고 하며, 이 현상은 절대온도 0K 근처에서 일어나는데, 이 온도는 -273.15℃에 해당합니다.
초전도 현상을 발견한 것은 1911년 네덜란드의 물리학자 헤이케 카메링 온네스입니다. 그는 수은을 극저온으로 냉각했을 때 전기 저항이 갑자기 사라지는 현상을 관찰했습니다.

초전도체의 특징적인 성질 중 하나는 '메이스너 효과'라고 하는, 외부의 자기장을 완벽하게 차단하는 현상입니다. 이 특성 덕분에 초전도체는 자기 부상 기술에 활용될 수 있습니다.
그러나 초전도체를 일상에서 널리 사용하기 위해서는 '고온 초전도체'가 필요한데, 이는 상대적으로 높은 온도에서도 초전도 현상을 보이는 물질을 말합니다. 현재까지 발견된 고온 초전도체의 초전도 현상이 일어나는 온도는 액체 질소의 끓는점인 -196℃ 정도입니다.
초전도체는 에너지 전송, 초강력 자석, 초고속 컴퓨터, 초정밀 측정 장치 등 다양한 분야에서 활용될 수 있지만, 아직까지는 제한적인 온도 조건과 높은 비용 때문에 널리 사용되지는 않고 있습니다. 이러한 상황이기에 상온, 상압 초전도체의 개발이 온 세상의 주목을 받고 있는 것입니다.

초전도체는 왜 저항이 없을까?

초전도체가 전기 저항이 없는 이유는 두 가지 주요 원리에 기인합니다. 첫째, 초전도체는 전자들이 쌍봉성 결합을 형성하여 전기 저항을 상쇄시키는 특성을 가지고 있습니다. 둘째, 초전도체는 자기장을 배제하는 특성을 가지고 있어 외부 자기장의 영향을 거의 받지 않습니다.
첫째로, 초전도체는 전자들이 쌍봉성 결합을 형성합니다. 이는 두 전자가 서로 엇갈리는 방향으로 움직이며, 서로의 운동 에너지를 상쇄시키는 원리입니다. 이 쌍봉성 결합으로 인해 전자들은 물질 내에서 자유롭게 이동할 수 있으며, 전기 저항이 거의 없어집니다. 전자들의 운동이 매끄럽고 충돌이 없기 때문에 전기 전달 손실이 거의 발생하지 않습니다.
둘째로, 초전도체는 자기장을 배제하는 특성을 가지고 있습니다. 외부 자기장이 초전도체에 가해지면, 초전도체 내부에서는 반대 방향의 자기장을 생성하여 외부 자기장을 상쇄시킵니다. 이로 인해 초전도체 주변의 자기장이 거의 없어지는 특징을 가지게 됩니다. 외부 자기장의 영향을 제거함으로써, 초전도체는 자기장에 의한 에너지 손실이 거의 없이 전기를 전달할 수 있습니다.

따라서, 초전도체는 쌍봉성 결합과 자기장 배제 원리 덕분에 전기 저항이 거의 없는 특성을 가지게 됩니다. 이러한 특징은 초전도체를 전력 송전, 자기 고체 저장장치, 자기 고속 철도 등 다양한 분야에 응용할 수 있게 만들어주고 있습니다.

상온 초전도체가 개발되면 산업에 어떤 영향을 줄까?

상온에서 작동하는 전도체가 개발된다면 많은 혁신과 변화를 가져올 수 있습니다. 현재의 초전도체는 매우 낮은 온도에서만 작동하기 때문에, 냉각장치 등의 복잡한 시스템이 필요합니다. 그러나 상온 전도체가 개발되면 이러한 제약이 크게 완화될 수 있습니다. 상온에서 작동하는 전도체가 개발되면 다음과 같은 장점이 있을 수 있습니다.

• 냉각 시스템 필요성 감소: 상온에서 작동하는 전도체는 냉각 시스템이 필요하지 않으므로, 냉각 장치를 설치하고 유지하는 비용과 에너지 소비를 크게 줄일 수 있습니다.
• 보다 효율적인 전력 전달: 상온 전도체는 전기 저항이 없거나 매우 낮기 때문에, 전력 손실을 최소화하고 보다 효율적으로 전력을 전달할 수 있습니다. 이는 전력 송전의 효율성을 향상시키고 에너지 절약에 기여할 수 있습니다.
• 더 넓은 응용 분야: 상온에서 작동하는 전도체의 개발은 다양한 분야에 새로운 응용 가능성을 제공할 수 있습니다. 예를 들어, 초전도체 기반의 컴퓨터, 전자기기, 전자 자기 저장장치 등의 발전이 기대됩니다.
• 과학과 연구의 발전: 상온 전도체의 개발은 과학과 연구 분야에도 큰 영향을 미칠 것으로 예상됩니다. 상온에서 작동하는 전도체의 이해와 개발을 위한 연구는 물리학, 재료 과학, 공학 등 다양한 분야의 연구자들에게 새로운 도전과 기회를 제공할 것입니다.

이처럼 LK-99가 상온 초전도체로 밝혀지고 사용화가 된다면 우리의 삶과 기술 발전에 큰 영향을 미칠 것으로 기대됩니다.
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다시 시작된 상온 초전도체 이슈.. 얼른 현실이 되어 우리의 삶을 바꿔줄 혁신이 되길 기대해 봅니다.