상압, 상온에서 초전도체 개발에 성공? LK99

우리나라 연구진과 기업에서 세계 최초로 상압, 상온에서 초전도체를 개발했다고 해서 지금 세계가 난리가 났습니다. 사실 우리나라만 SNS에서 조금 퍼지고 오히려 주목을 좀 덜 받고 있는 것 같은데 아카이브에 논문이 올라옴으로 인해서 그러니까 정식적으로 논문이 게재된 것이 아니고 저자가 올림에 따라서 알음알음 퍼지게 되었습니다.

LK99

사실 이전 협력자였던 연구자와의 내부 갈등이 있었다는 부분도 많이 보이는데 오늘은 그런 부분들도 살펴보겠지만 상온, 상압의 초전도체 개발이 왜 이렇게 중요하고 왜 이렇게 난리인지에 대해서 설명을 해 볼 건데요. 아래 뉴스 영상을 보면 LK99, 바로 우리나라에서 개발했다는 초전도체의 시연 장면을 볼 수 있습니다. 이게 만약 사실이라고 한다면 일단 기본적으로 초전도체 개발에 그야말로 획기적인 발전을 이루어내는 것은 물론이고 노벨상은 그냥 받습니다. 무조건 받겠죠. 예를 들어 지금 애플의 M1, M2, M3에서 갑자기 M100, M153 정도 수준의 프로세서 향상은 물론이거니와 에너지 효율 등 온갖 것들이 굉장히 많이 바뀌게 될 겁니다. 물론 상용화가 된다면요. 상용화까지 또 어려움이 많이 있겠지만 그만큼 혁신적인 연구 결과라는 겁니다.

 

상온, 상압에서 초전도체 가능?

현재 논란이 많은 것이 이게 진짜 사실인가? 에 대해서 아직 검증이 안 된, 피어 리뷰가 안 된 상태의 논문 게재기 때문에 현재 전 세계에서 검증하고 있어요. 논문 자체에 공법, 이 물질 LK99를 만드는 방법이 나와 있거든요. 이 연구 자체가 사실인지? 아닌지? 는 결과가 빠르게 나올 것 같습니다. 사실 내용을 좀 보면 이게 사실이라는 가정하에 약간 AI 쪽에서 LNM이 등장했던 것과 유사한 부분이 있어요. 인공지능이 나타나면서 기존의 PCR 방식이 있었잖아요. 글자를 인식하는 방식이라든가 이미지를 생성하는 방식 이런 것들에 갑자기 새로운 형태의 패러다임을 바꾸는 기술이 등장했던 것처럼 초전도체 분야에도 새로운 패러다임이 되는 것입니다. 논문 내용을 기준으로 모든 것이 사실이라 하더라도 상용화 관점에서는 어떤 부분이 가능하고 어떤 부분은 한계가 될 수 있습니다.

초전도체

일단 초전도체는 슈퍼 컨덕터, 반도체는 말 그대로 하면 절반이 도체 세미 컨덕터, 도체 그 이상이다 해서 슈퍼 컨덕터라고 이름을 붙였습니다. 쉽게 말해서 전기가 통하는 물질인데 전기가 통할 때 저항이 없다는 겁니다. 이게 어떻게 가능하냐? 거의 절대 0도에 가까운 온도로 내렸을 때 특정 물질에서 저항이 없어지는 현상을 이전에 발견했습니다. 굉장히 이상한 현상이죠. 지금 여러분들이 사용하는 모든 전자제품 그리고 전류가 통하고 전기를 통하는 모든 도체는 저항이 반드시 존재합니다. 전자들이 왔다 갔다 하면서 움직일 때 이 원자들과 부딪치면서 열이라는 형태로 에너지가 발산되지 않습니까? 이게 다 저항이 있기 때문에 발생하는 겁니다. 그런데 만약에 저항이 없다고 상상해 보면 저항이 없으니까 원래는 전압을 올려서 아니면 전류량을 늘려서 손실을 고려해 전력을 공급해야 했는데 저항 자체가 없다면 그럴 필요가 없는 거예요. 매우 강한 자기장까지 만들어낼 수가 있겠죠.

현실에서는 불가능한 초전도체

그런데 문제는 뭡니까? 이 초전도체라는 게 절대온도에 가까운 온도에서 발생하거나 아니면 매우 높은 압력을 가해야지만, 여기서 매우 높다는 것은 진짜 대기압의 수만 배, 수십만 배 이렇게 올라가는 겁니다. 그러니까 현실적으로 발생하기 힘든 상황에서만 발생한다는 것이죠. 그런데 한국에서 발표한 내용은 상온, 상압 그러니까 평범한 온도, 일상적인 압력 상태에서 초전도체 현상이 발현되고 있다는 거예요. 전 세계 모든 과학자가 그렇게 노력해도 성공하기 힘든 건데 이걸 한국에서 발표를 했다는 겁니다. 하나의 주장이죠. 아직 검증이 안 됐으니까 확인을 해봐야 된다는 거고요. 결국 이 초전도체를 상온, 상압에서 사용할 수 있다고 하면 저항이 없으니까 전류가 계속 흐르고 저항이 없으면 전류 수명이 거의 10만 년이 넘어간다고 합니다.

저항이 없다

쉽게 말하면 우리가 USB 케이블 같은 것도 굵기가 굵어지면 굵어질수록 저항이 그만큼 줄어듭니다. 케이블 길이가 길어지면 길어질수록 저항도 그만큼 또 늘어나겠죠. 우리가 경부고속도로 타고 가다가 양자 IC나 아니면 한남대교 건너서 강변북로를 진입했을 때 갑자기 도로가 줄어들면 차들이 몰리는 것과 똑같습니다. 통로 자체가 좁아서 전자들이 이동할 수 있을 만한 통로가 줄어드는 거예요. 그러면 그만큼 저항이 커지니까 열도 많이 발생하는 것이죠. 그런데 그러한 저항이 아예 없어진다는 또 상온에서 가능하다 놀라운 일이지 않습니까? 어린 시절 110볼트에서 220볼트로 전압을 올린 이유가 바로 전력 손실을 줄이기 위함이죠. 똑같은 에너지를 보낼 때 전압을 올리면 그만큼 전류를 작게 보낼 수 있으니까 전류에 의해서 소모되는 열에너지라든가 기타 소모를 줄일 수가 있겠죠. 그런 것들이 다 저항 때문입니다. 그런데 저항 자체가 없으면 효율이라는 건 어마어마하다는 것이죠.

연구진의 분란

원래 해당 발표는 한국에서 먼저 됐어요. LK99에서 99는 1999년도부터 시작했고 LK는 각각 이섭배, 김지훈 주요 개발자 두 분의 이름을 따서 만들어진 이름이라고 합니다. 원래는 이전에 네이처에 논문을 냈었어요. 세계 최고의 학술지에 냈는데 거부를 당한 거예요. 이유는 디아스 교수 사건 때문입니다. 이분이 박사 학위를 받을 때도 표절하고 심지어 최근에 상온에서 초전도체를 만들었다고 주장을 했는데 해당 논문이 철회되기도 하고 여러 가지 이슈가 많았습니다. 그런데 이분은 압력을 엄청나게 높이고 상온에서 초전도체가 가능하다는 얘기를 했는데 2020년대부터 이분이 표절과 초전도체 관련해서 논문이 계속 있다 보니까 네이처가 이제 부담이 되는 거예요. "이거 또 거짓말 아닐까"라고 거절했는데 그래서 일단은 냈다가 거절당하고 갑자기 아카이브로 올라왔습니다. 사실 이 내막은 약간 내부 분란으로 보여요. 이전에 컨텀 에너지 연구소라는 지금은 하나의 기업이죠. 이 기업에서 3개월 전에 일하고 있다가 퇴사를 한 다른 교수님께서 같은 연구진들의 허락 없이 아카이브에 올려버렸다는 얘기들이 있습니다.

LK99 구조

논문을 살펴보시면 기존에 납 아파타이트 구조에서 조금 변형한 LK99라는 구조를 만들었는데 기본적으로 납으로 되어있는 기둥이 있고 여기에 납 인산염으로 돼 있는 망이 구성되어 있습니다. 근데 이 납 부분을 구리로 치환 함으로써 LK99의 부피를 줄이면서 LK99 안쪽에서 응력이 작용하게 된다는 거예요. 일반적인 물질에서는 보통 압력을 굉장히 강하게 줘야지만 초전도성을 가질 수가 있는데 안쪽의 응력에 의해서 초전도성이 발생한 것 아닌가 이러한 추정을 하고 있습니다. 어떤 원리인지는 아직 정확히 파악되지 않았죠. 초전도 양자 우물, SQW를 생성함으로써 잠재적 에너지가 있는 영역 쪽에서 전자의 에너지가 갇혀 있으니까 특별한 압력이라든가 온도의 변화 없이도 초전도성을 가지는 게 아닐까 하는 게 첫 번째 논문의 주장이에요.

두 번째 논문

아무래도 이 논문의 가장 놀라운 특징은 상온, 상압이라는 점이죠. 그리고 임계 온도, 임계 자기장 이런 것들을 실험으로 측정해 놓았습니다. 내용을 보면 섭씨 127도까지는 초전도체 특성을 보이고 있다. 이 LK99가 이런 특징을 가진 물질이라는 거고요. 상온에서 이게 가능하다고 얘기를 하는 거죠. 그러니까 간단히 얘기하면 보통 고압 조건을 주고 상온에서 어떻게 해볼 수 있는 여지가 있었다고 하면 화합물 자체의 내복력이 굉장히 강해진 형태로 LK99를 만들어서 외부 고압 조건 없이도 초전도체 구현이 가능했다고 주장하는 형태가 되겠습니다. 그런데 이게 그냥 실험 결과만 있는 것이 아니라 실제로 만드는 방법이 소개되어 있어요. 그리고 앞서 공개된 첫 번째 논문을 올린 지 몇 시간 후에 바로 두 번째 논문이 올라왔습니다. 여기서는 첫 번째 논문에는 여러 가지 오류가 있다는 내용이 추가되어 있습니다. 그리고 이미 특허는 냈다고 합니다.

초전도체가 상용화가 된다면

이러한 초전도체가 만약에 상용화가 되면 코일을 감아 전류를 통하게 해서 어마어마한 자기장을 만들고 인공 태양이나 결국은 핵융합 에너지 발전을 할 수 있는 가능성이 높아진다고 볼 수 있습니다. 그러면 에너지 문제가 해결될 수 있는 가능성이 굉장히 높아집니다. 원리에 대해서는 우리가 정확하게 알 수는 없다고 하더라도 이러한 현상이 발견되어 서로 좀 더 논의를 할 수 있는 여지가 있겠죠. 안타까운 부분은 내부 분란이 있었다고 하니까 또 어떤 부분이 잘못되었는지 혹은 2004년도 2005년도에 줄기세포 같은 그러한 이슈로 끝나지는 않았으면 하는 간절한 바람이 있습니다. 내용이 어려워 앞으로 진행 상황과 전문가의 검정 및 해석을 더 살펴봐야 하겠습니다.