새로운 패러다임을 여는 초전도체 입문

초전도체 - 양자 시대를 여는 꿈의 물질
김기덕 지음 / 김영사 / 2024년 3월

  저항이 없는 꿈의 물질. 사람들은 그것을 찾아 헤맸다. 그것을 상용화할 수만 있다면 세상의 패러다임은 한번 더 바뀌게 되고 에너지 효율은 비약적으로 증가한다. 난간에 부딪힌 수많은 과제를 해결할지도 모른다. 하지만 초전도체는 여전히 실험과학이 우세한 듯하다. 그것이 왜 생기는지 아무도 모르는 듯하다.

  초전도체의 이야기를 전문적으로 알 수 있는 이 책은 김영사의 지원으로 읽어볼 수 있었다.

  작년부터 이슈 몰이를 했던 LK-99는 여전히 주가를 요동치게 만들 정도다. 상온 초전도체는 그만큼 꿈의 기술이며 이것을 선점하는 나라는 부를 선점함과 동시에 패러다임을 이끌 수 있는 막강한 힘을 지니고 있다. 하지만 초전도체가 되기 위해서는 여러 가지 특성을 가져야 하는데 우리나라의 LK-99는 그러지 못한 듯하다. 연구소는 후속 물질도 공개했지만 학계는 회의적인 듯하다.

  우리나라의 LK-99와 같은 사례는 생각보다 많다. 이것은 실험의 문제일 수도 있고 측정의 문제일 수도 있다. 그만큼 민감하게 다뤄지는 기술이다. 이런 물질들을 USO라고 한다. 미확인 초전도체 물질이라는 뜻이다. UFO랑 비슷하다. 이 단어의 에피소드에는 일본 과학자도 있다. 일본으로 '우소'는 거짓말이기 때문이다. 학계에는 여전히 USO가 많이 있으며 너 나 할 것 없이 상온 초전도체를 위해 도전하고 있다.

  초전도 현상은 일종의 양자역학이라고 한다. 물질은 어느 특정 온도에서 갑자기 저항이 뚝 떨어지거나 급격하게 증가한다. 저항이 0이 되는 것은 초전도체며 측정 불가능해지는 건 부도체다. 하지만 아이러니하게도 상온 초전도체는 부도체로부터 출발하는 경우가 많다. 초전도 현상은 어느 특정 온도에서 갑자기 나타난다. 물이 100도가 되면 끓는 것과 비슷하다. 이과 같이 물질의 상태가 변하는 온도를 '전이온도'라고 한다.  

  초전도체는 냉각 기술의 발달로부터 시작되었다. 수많은 기체들을 액화시키는 과정에서 냉각 기술은 발전했고 수소와 헬륨을 액화시킴으로써 절대 영도에 가까운 냉각이 가능하게 되었다. 이 기술로부터 초전도 현상은 발견되었다. 하지만 초전도 현상을 상용화시키기 위해서는 보다 고온에서 사용할 수 있어야 했다. 냉각에 들어가는 에너지는 너무 많았기 때문이다. 현재 대기압에서 초전도 현상을 일으키는 가장 높은 온도는 -135도 다.

  초전도체는 강력한 자기장이 필요한 곳에서 사용된다. 가까이는 MRI가 그렇고 더 나아가면 입자충돌기가 그렇다. 핵융합 발전에서 플라스마를 컨트롤하기 위해서도 강력한 자기장은 필요하다. 일본의 신칸센에도 초전도체가 사용되고 있다고 들었던 것 같다.

  여전히 갈길이 멀어 보이는 초전도체지만 이것이 가져올 세상의 이득이 막대하므로 사람들은 연구에 매진한다. 평생을 연구해도 결실을 보질 못하기도 하지만 과학이란 원래 이전 과학의 어깨를 딛고 오르는 학문이니 하나의 돌을 쌓았다는 것에 만족할지도 모르겠다.

  초전도체의 수수께끼가 풀리면 어쩌면 양자컴퓨팅도 시작될 수 있지 않을까 기대를 해본다.