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‘고온 초전도 현상’ 비밀 세계 첫 규명

  “양자적 요동이 초전도 매개” 미해결 과제풀어
   성대 박두선교수 논문 과학저널 ‘네이처’ 게재

  성균관대학교 박두선교수(물리학전공․사진)가 전자들 사이에 강한 상호작용이 나타나는 ‘세륨로디움인디움’(CeRhln5)이란 화합물에서 그동안 알려지지 않았던 전혀 새로운 양자적 요동이 초전도를 일으킬 수 있다는 것을 세계 최초로 밝혀냈다. 

  이같은 사실은 박교수의 논문 ‘Isotropic Quantum Scattering and Uncoventional Superconductity’(제1저자 겸 교신저자)가 과학저널 ‘네이처’ 최근호(엠바고 한국시간 11월 20일 오전 7시)에 실림으로써 알려졌는데, 이 획기적인 발견은 그동안 미해결 과제로 남아 있던 고온 초전도를 이해하는 기반이 될뿐더러 상온 초전도체를 설계하는 기반원리가 되어 초전도체의 획기적인 실용화가 기대된다.

  초전도체는 전류를 운반할 때 저항에 의한 손실이 전혀 없으며, 외부에 걸린 자기장이 전혀 투과하지 못하기 때문에 인류 문명을 도약시키는 ‘꿈의 물질’로 각광받아 왔다. 예를 들면, 인류의 운송수단 개념을 바꾼 자기부상열차, 발전소에서 가정집 안방까지 전력손실 없이 전류를 운반할 수 있는 초전도 전선, 인간의 암을 발견하고 치료하는 데 필수적인 자기공명장치(MRI) 등의 활용성으로 미래산업을 주도할 분야 중의 하나이다.

  정상 초전도체에서는 물질을 구성하는 원자들의 집단적 요동 혹은 포논이 인력 퍼텐셜로 작용하여 초전도 전자들을 쌍으로 묶어 준다. 이와는 달리 강하게 작용하는 전자계에서 발견된 비정상 초전도는 절대영도에서 나타나는 양자요동이 전자들을 쌍으로 묶어주는 풀의 역할을 할 것으로 추측되었다. 자성체인 CeRhln5에 압력을 가해주어 국소양자점(local quantum critical point)에 이르렀을 때, 전자들은 고전이론으로 설명할 수 없는 새로운 물리현상을 보이고 일반 상태의 약 100배에 이르는 과격한 저항을 경험하게 된다. 그러나 뜻밖에도 바로 이 점에서 초전도 온도가 가장 높은 것으로 관측되었고, 이러한 상반된 현상의 관측으로 전자의 과격한 산란을 일으키는 원인이 되는 양자적 요동이 바로 초전도의 원인이 된다는 것을 알아낸 것이다.

  2006년 3월 미 국립 로스알라모스연구소에 있을 당시 박교수는 초고압 상태에서 서로 상극인 초전도현상과 자석의 성질이 공존하는 현상을 밝힌 논문을 써 네이처에 게재된 바 있다.