이미지 확대보기22일(현지시각) 온라인 과학 뉴스 웹사이트 사이테크데일리 등에 따르면 최근 일본 와세다대학교 아사히 토루 교수 연구팀은 고온 초전도체인 'Bi2212'(납 도핑=특정 물질에 납을 첨가해 그 물질의 특성을 변화시키는 기술)의 광학적 특성을 정밀 분석해 상온 초전도 메커니즘 규명에 중요한 단서를 발견했다고 발표했다. 이 연구 결과는 저명한 국제 학술지 사이언티픽 리포트에 게재되며 학계의 큰 주목을 받고 있다.
초전도체는 특정 온도에서 전기 저항이 완전히 사라지는 물질로, 에너지 손실 없이 전류를 흐르게 할 수 있다. 이러한 특성은 전력 효율을 극대화하고 다양한 과학 기술 분야에 혁신을 가져올 수 있다. 그러나 현재까지 발견된 초전도체는 극저온에서만 작동해 실용화에 어려움을 겪고 있다. 상온에서 작동하는 초전도체를 개발하는 것은 과학계의 오랜 숙원이었다.
사이테크데일리에 따르면 와세다대 연구팀은 'Bi2212'의 광학적 특성을 분석해 상온 초전도 메커니즘을 규명하는 데 중요한 단서를 찾아냈다. 기존 연구는 빛의 반사를 통해 'Bi2212'의 광학적 이방성을 관찰하는 데 그쳤지만, 이번 연구는 첨단 자외선 및 가시광선 투과율 기술을 활용하여 빛이 물질을 통과하는 방식을 분석했다.
'Bi2212'의 광학적 이방성은 2차원 CuO2(구리와 산소 원자가 결합해 형성된 평면 구조로, 상온 초전도체에서 초전도 현상을 일으키는 데 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다) 평면 내부 구조에서 비롯된다는 사실이 밝혀졌다. 또한, 결정을 통과하는 빛의 투과율 변화를 분석해 초전도 특성을 정확하게 측정하는 방법을 개발했다. 이는 고온 초전도체의 작동 원리를 이해하는 데 중요한 발걸음이다.
특히, 연구팀은 납 도핑이 'Bi2212'의 광학적 특성에 미치는 영향을 분석했다. 납 함량을 증가시키면 특정 스펙트럼 특성이 감소하는 현상을 발견했으며, 이는 초전도 상 전이와 밀접한 관련이 있다. 납 도핑을 통해 초전도 특성을 제어할 수 있는 가능성을 제시한 것이다.
이번 연구 결과는 상온 초전도체 개발에 새로운 가능성을 제시하며, 에너지, 의료, 통신 등 다양한 분야에 혁신적인 기술 발전을 이끌 것으로 기대된다.
상온 초전도체 개발은 아직 초기 단계이며 극복해야 할 과제가 남아 있다.
가장 큰 과제는 바로 재료의 안정적 확보다. 상온에서 안정적으로 작동하는 초전도체를 개발해야만 실제적인 응용이 가능해진다.
또한, 상용화를 위해서는 대량 생산 기술 개발이 필수적이다. 'Bi2212'와 같은 복잡한 구조의 물질을 균일한 품질로 대량 생산하는 기술은 아직 개발 초기 단계에 있다.
경제성 확보도 중요하다. 초전도체 생산 비용을 절감해 경쟁력 있는 가격으로 시장에 공급해야 널리 보급될 수 있다.
과학계는 'Bi2212' 연구를 통해 얻은 성과를 바탕으로 상온 초전도체 개발을 위한 연구가 더욱 활발하게 진행될 것으로 예상된다.
이러한 난관을 극복하고 상온 초전도체 시대를 앞당기기 위해 과학계에서는 다각도의 노력을 기울이고 있다.
먼저, 도핑 프로세스 최적화 연구가 활발히 진행 중이다. 'Bi2212' 연구에서 밝혀진 것처럼 납 도핑을 통해 초전도 특성을 제어할 수 있다는 사실은 다른 물질에서도 도핑 기술을 통해 초전도 특성을 향상시킬 수 있음을 시사한다. 과학자들은 다양한 물질과 도핑 원소를 이용해 최적의 조합을 찾아내기 위한 연구에 매진하고 있다.
또한, 초전도 메커니즘에 대한 심층 연구도 중요하다. 초전도 현상을 일으키는 근본적인 메커니즘을 완벽하게 이해해야만 더욱 효과적인 초전도체 설계 및 개발이 가능해진다.
마지막으로, 새로운 초전도 물질 탐색도 꾸준히 이어지고 있다. 'Bi2212' 이외에도 상온 초전도 특성을 보일 가능성이 있는 다양한 후보 물질들이 끊임없이 연구되고 있다.
이처럼 다양한 분야에서 활발한 연구가 진행되고 있는 만큼, 머지않아 상온 초전도체가 우리 삶에 혁신적인 변화를 가져올 날이 올 것으로 기대된다.
이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com
