- 초전도의 신물질 속속 등장 -- 구조해명∙실온실현에 실마리
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- 카테고리화학/ 신소재/ 환경·에너지
- 기사일자 2016.12.2
- 신문사 일간공업신문
- 게재면 9면
- 작성자hjtic
- 날짜2016-12-08 16:16:21
- 조회수491
초전도의 신물질 속속 등장
구조해명∙실온실현에 실마리
저항이 없는 전기가 계속 흐르는 초전도의 연구에서 최근, 새로운 물질이 속속 발견되고 있다. 극저온으로 차게 할 필요가 있고, 아직 응용 가능한 단계는 아니지만, 초전도의 구조를 해명하는 수단이 된다. 연구자는 “차게 하지 않아도 초전도가 되는 재료를 만들 수 있는 것은 아닌가.” 라며 기대를 하고 있다.
산업기술종합연구소는 2011년부터 초전도를 일으키는 새로운 물질의 탐색을 시작했다. 바륨과 비스무트로 형성된 결정이 섭씨영하 268.5도에서 초전도가 된 성과를 2014년에 보고한 이후, 수 종류의 신 물질을 발견했다. 이요 연구원은 “실험을 반복하여 경험을 쌓고, 100회 시도하면 1개는 얻을 수 있게 되었다.” 라고 말한다.
어떤 물질이 초전도가 되는 가는 알지 못한다. 과거의 실험결과와 물질이론의 전문가와 논의하면서 4~6개 종류의 원소를 고르고 단순하게 섞는다. 태워서 굳히면 불 균일한 덩어리가 생기고 산산이 부서진다. 고감도의 자기센서를 사용하여 가망이 있을 것 같은 가루만을 골라 내어 분석한다. 대략적인 방향을 결정하고 합성하여, 그 뒤는 우연에 맡기는 방법이라고 할 수 있다.
2015년에 발견한 스트론튬과 나트륨, 비스무트로 구성된 결정이 영하 264도에서 초전도가 되고, 신 물질 중에서는 가장 높은 온도이다. IBM취리히연구소의 그룹이 1986년에 발견한 동을 포함한 산화물이 현재는 영하 138도에서, 도쿄공업대학의 호소노 교수가 2008년에 발견한 철 계 결정이 영하 218도에서 초전도가 된다. 신 물질은 온도에서는 선배 격인 초전도물질에 미치지 못하지만, 구조의 이론적인 해명에 도움이 될 것이라고 보고 있다.
왜냐하면, 이 초전도물질들에게 공통되는 것이 있기 때문이다. 한 가지는 층상의 결정구조이다. 원자의 결합상태의 분석에서 초전도를 일으키기 위해 필요하다고 생각되고 있다. 이 층을 따라서 강하게 끌어당기거나 반발하여 밀어내거나 하는 전자가 있으면 초전도가 될 환경이 갖추어 지는 듯하다.
이 이외에 자성에 관한 조건과 다른 전자의 주입 등의 항목이 열쇠를 쥐고 있다고들 한다. 하지만, 몇 가지의 지침을 토대로 물질을 합성하여도 좀처럼 초전도가 되지 않고, 구조의 해명은 혼돈상태가 이어지고 있다. 산업기술종합연구소의 나가사키 연구원은 “종류가 늘어나면, 보다 정밀한 이론을 만드는 힌트를 얻을 수 있다.” 라고 강조한다.
독일의 맥스플랑크협회가 보고한 초전도신물질의 합성도 전 세계에서 화제가 되고 있다. 2015년에 발표한 황화수소는, 150만기압 이상의 초 기압장치의 안에서 영하 70도에서 초전도가 되었다. 오사카대학과 고휘도 광과학연구센터가 협력하여 이 결정의 구조를 분석하고, 미래에는 냉각이 필요 없는 「실온초전도물질」의 개발로 연결되는 계기가 될 것이라고 기대 하고 있다.
맥스플랑크 협회의 또 다른 그룹은 2014년, 레이저를 내리쬐어 0.2피코(1조분의 1)초라고 하는 초단시간만 냉각 없이 초전도가 되는 현상을 관찰했다고 발표했다. 극저온에서 초전도가 된다고 알려진 이트륨∙바륨∙동의 산화물을 사용했다.
세계에서 1대밖에 없는 특수한 장치로의 관찰이기 때문에, 확정된 성과는 아니다. 하지만, 무언가 불가사의한 현상이 일어나고 있는 가능성은 있고, 이어지는 보고에 관심이 높아지고 있다.
많은 초전도연구자는, 실온초전도를 실현하는 꿈을 가지고 있다. 최근의 연구의 진전으로, 꿈에 한 보 근접하는 성과가 나올 기미를 느끼고 있는 듯하다.
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