국내연구진, 초천도체 상용화 한걸음 더

국내 연구진이 저항이 ‘0’인 ‘초전도체’의 상용화를 한걸음 앞당길 수 있는 방안을 제시했다.
김창영 기초과학연구원(IBS) 강상관계물질연구단 부연구단장 연구진은 ‘철-닉토겐’ 초전도체에 알칼리금속인 ‘칼륨’과 ‘나트륨’ 원자를 표면에 붙여 전자 도핑하는 방법을 적용, 초전도체가 나타나는 온도를 끌어올리는데 성공했다고 밝혔다. 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 머터리얼스’ 15일자(현지시간)에 게재됐다.
1987년 요하네스 베드노르츠와 카를 뮐러는 구리화합물 고온 초전도체를 발견한 공로로 노벨 물리학상을 수상했다. 초전도체란 특정온도(임계온도)에서 전기저항이 ‘0’이 되는 특성을 갖고 있다. 저항이 없기 때문에 초전도체를 전선으로 활용하면 전력 손실 없이 전류를 전달할 수 있다.
초전도체는 영하 240도처럼 상당히 낮은 온도에서 나타난다. 이후 과학기술계에서는 구리화합물 초전도체의 임계온도를 영하 140도까지 끌어올리며 상용화를 위해 노력해왔다. 하지만 초전도체를 만들기 위해 필요한 원소가 스칸듐, 이트륨 등 희귀원소인 희토류이기 때문에 제작 단가가 높고 대량생산 시 균일한 성능을 유지하기 어려웠다.
최근에는 철-닉토켄 초전도체 연구가 활발하다. 철에 질소와 인, 비소 등의 원소를 넣어 만든 초전도체로 비용이 저렴하고 다루기 쉽기 때문이다. 연구진은 철-닉토켄 초전도체에 칼륨과 나트륨 원자를 표면에 붙여 임계온도를 끌어올리는데 성공했다.
그 동안 초전도체 도핑은 화합물 내부에 특정 원자를 넣는 방법이 주를 이뤘다. 하지만 이 방법은 화합물 내 자유전자들을 산란시켜 초전도 성능 저하(임계온도 하락)를 일으키는 단점이 있었다. 김 부연구단장은 “철-닉토켄 초전도체에 전자만 도핑하는 방식을 활용해 임계온도를 영하 249도에서 영하 231도로 끌어올렸다”며 “철 화합물 초전도체 상용화 가능성을 한단계 높였다”고 말했다. 그는 또 “철 기반 초전도체는 대량생산 시에도 초전도성을 균일하게 발현할 수 있고, 제작비용도 저렴한 것이 장점”이라며 “이번 연구로 임계온도가 높은 철 초전도체 개발의 가능성을 열었다”고 덧붙였다.
[원호섭 기자]