작성일 : 18-02-12 13:39
성균관대의 박두선 교수와 정순길 연구교수 연구팀 '비정상 초전도체' 형성원리 밝혀 , 자기부상 열차·MRI 뛰어넘는 초전도 기술 나온다
 글쓴이 : happy
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압력과 온도에 따른 임계전류의 크기 변화.<사진=한국연구재단 >
압력과 온도에 따른 임계전류의 크기 변화.<사진=한국연구재단>


고체물리학의 미해결 과제인 비정상 초전도체의 형성 원리가 규명됐다.

한국연구재단성균관대의 박두선 교수와 정순길 연구교수 연구팀비정상 초전도체가 양자점에서 양자 요동에 의해 형성된다는 증거를 제시했다고 11일 밝혔다.

비정상 초전도체는 고전 이론인 포논으로 초전도 형성을 설명할수 없는 초전도체를 말한다. 양자임계점은 절대 영도에서 하나의 상이 다른 상으로 변하는 점으로 양자요동은 열에 의한 입자의 진동이 아니라 양자역학의 불확정성 원리로 발생하는 진동이다.

초전도체는 절대영도(-273℃)에 가까운 매우 낮은 온도에서 저항이 '0'이 돼 전력 손실 없이 전기가 흐를 수 있다.

최근에는 기존 초전도체와 달리 액체질소(-196℃)보다 높은 온도에서 초전도 현상을 보이는 비정상 초전도체가 주목받고 있다. 오늘날 MRI 기기, 자기 부상 열차를 넘어 더 많은 전력분야에서 활용될 것으로 기대되기 때문이다.

하지만 초전도체는 전자쌍에 의해 결정되는데 비정상 초전도체는 전자쌍이 어떻게 형성되는지 이론만 있을뿐 실제 밝혀지지 않았다. 가설은 있었지만 여러 변수로 실험적으로 증명하기 쉽지 않았던 게 사실이다.

연구팀은 비정상 초전도체의 대표적인 초전도 특성으로서 임계전류를 관찰한 결과, 양자점에서 임계전류가 최대로 된다는 사실을 발견했다. 연구팀이 관찰한 비정상 초전도체는 세륨(Ce), 로듐(Rh), 인듐(In)이 포함된 CeRhIn5에 미량의 주석(Sn)을 첨가한 물질이다.

임계 전류는 저항이 0일 때 전력손실 없이 수송할 수 있는 최대 전류로 임계전류 이상의 전류에서는 유한한 저항값을 갖는다.

연구팀에 의하면 임계 전류가 최대가 된다는 것은 초전도체의 전자쌍이 형성돼 초전도 현상이 최대가 된다는 것을 의미한다. 또 비정상 초전도체의 전자쌍 매개 원인이 양자점에서 발현되는 양자요동에 의한 가능성임을 뒷받침한다는 것이다.

박두선 교수"이번 연구결과는 양자임계점과 고온 초전도에 대한 이해를 심화할 수 있는 단초를 제공한 것"이라며 "향후 MRI 소비 전력을 절감하여 의료비를 줄일 뿐만 아니라, 새로운 산업적 가치를 유발할 수 있는 초전도 물질 디자인에 기여할 것"이라고 연구의 의의를 설명했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(리더연구자), 교육부·한국연구재단 이공학 개인기초연구지원사업의 지원으로 수행됐으며, 미국 로스알라모스국립연구소, 중국 저장대학교와의 공동연구로 진행됐다. 연구결과는
국제학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 1월 30일에 게재됐다.