네이처, 각국 연구팀 분석 종합 보도
"황화구리 등 불순물이 초전도체로 보이게 만든 것"
ㅣ데일리포스트=김정은 기자ㅣ국내 연구팀이 발표한 상온·상압 초전도체(超傳導體, superconductor) 'LK-99'는 발표 초기부터 큰 화제를 모았고 여러 연구기관이 재현 실험을 진행했다.
그간 이루어진 각국 연구팀의 재현 실험과 데이터 분석을 종합해 국제학술지 네이처(Nature)가 최종적으로 "LK-99는 초전도체가 아니다"라는 결론을 내렸다. 네이처는 지난 4일에도 LK-99에 관한 전문가들의 회의적 반응을 전한 바 있다.
네이처는 해외 연구팀의 실험을 바탕으로 LK-99가 초전도체처럼 보이는 것은 LK-99 내부에 불순물 형태로 섞인 황화구리의 성질 때문이라고 설명했다.
이번 초전도체 논란의 발단은 퀀텀에너지연구소 및 한양대 연구팀이 논문 사전공개 사이트 '아카이브(arXiv)'에 발표한 논문이다.
그동안 초전도체를 만들기 위해서는 물질을 극저온 상태까지 냉각시킬 필요가 있다고 여겨졌다. 하지만 새로운 결정구조인 LK-99는 '상온·상압', 구체적으로 물의 끓는점을 넘는 400K(약 127℃)에서 초전도 현상을 일으켰다고 연구팀은 주장했다.
이 연구 논문은 과학계와 대중의 큰 관심을 불러일으켰다. 일정 온도 이하에서 전기 저항을 잃는 초전도체가 상온 작동이 가능하다는 사실을 입증한다면 물리학계를 뒤흔들 인류 역사상 최대 발견이 될 수 있기 때문이다.
LK-99가 초전도체라는 주장을 뒷받침한 가장 대표적인 증거는 국내 연구팀이 촬영한 아래 동영상이다.
퀀텀에너지연구소는 LK-99가 가진 두 가지 특성 '전기저항의 급격한 하락'과 '자기 부상'을 근거로 이것이 초전도체라고 주장해 왔다.
그러나 최신 조사에 따르면 구리·납·인·산소 화합물인 LK-99는 재료에 포함된 불순물인 황화구리로 인해 '전기저항의 급격한 하락과 부분적인 자기부상'을 일으키는 것으로 나타났다.
독일 막스플랑크 고체연구소 파스칼 푸팔 박사팀은 "LK-99가 자석 위에 떠 있는 현상은 초전도체가 나타내는 특성과 유사해 보이지만, 재료의 불순물인 황화구리가 전기저항의 급격한 감소로 자석 위에 떠 있게 만든 것"이라고 설명한다.
국내 연구팀은 LK-99의 전기저항이 크게 낮아지는 온도로 104.8도를 제시했는데, 네이처는 이와 관련해서도 미국 일리노이대 어바나 샴페인 캠퍼스 소속 프라샨트 제인 박사의 분석을 인용해 "104도는 황화구리의 ‘상전이’ 온도와 같다"고 전했다.
상전이는 물체의 물리적인 성질이 변하는 현상으로, 황화구리는 해당 온도 이하로 떨어지면 전기저항이 극적으로 감소한다. 즉, 황화구리가 LK-99 내부에 불순물 형태로 포함되었기 때문에 마치 상온 초전도체로 보이는 특성을 보인 것에 불과하다는 것.
중국 베이징대와 중국과학원을 포함한 여러 연구기관도 'LK-99는 황화구리로 인해 일어나는 현상'이라고 일축한다. 미국과 유럽 연구팀은 실험적 증거와 이론적 증거를 바탕으로 LK-99가 초전도체로서 실현 불가능한 것임을 실증했다.
특히, 독일 막스플랑크 고체연구소 연구팀은 '부유 영역 결정 성장' 기법으로 황의 침투를 방지하고 황화구리 불순물이 없는 순수한 'LK-99' 단결정(single crystals) 합성에 성공했다. 연구팀이 공개한 LK-99 단결정은 투명한 보라색이다. 독일 연구팀은 새로운 LK-99 실험을 통해, 이 물질이 초전도체가 아니라 오히려 저항이 수백만 옴(Ω)에 달하는 절연체임을 밝혀냈다. 다소 강자성과 반자성을 나타내지만, 자석 위에서 뜰 정도는 아니라는 결론이다.
푸팔 박사는 LK-99에서 발견된 초전도 유사 현상은 순수한 단결정에는 존재하지 않는 황화구리 불순물 때문이라고 거듭 강조하며, 이 실험 결과는 (고체 특성 규명에) 단결정이 필요한 이유를 정확히 보여준다고 언급했다.
처음부터 회의적 시선을 보낸 미국 데이비스 캘리포니아대(UC데이비스) 인나 비시크 박사는 네이처 발표와 관련해 "현시점에서 상황이 상당히 결정적으로 해결된 것으로 생각한다"는 입장을 밝혔다.
다만 네이처는 마이클 퓨러 호주 모나시대 물리학과 연구원의 발언을 인용해 "한국 연구팀이 가진 LK-99 샘플이 공유된다면 추가 확인이 이뤄질 수 있을 것"이라고 덧붙였다.