한국 최초 노벨상!? 초전도체에 관해서

들어가는 글

고려대에서 상온 상압 초전도체를 개발했다는 이슈가 뜨거운 화두로 떠오르고 있다. 해당 초전도체 연구에 전 세계의 이목이 집중되어 있고 입증 결과에 따라 노벨상까지 예상되는 상황이다. 이번 포스팅을 포함한 시리즈에서는 초전도체가 대체 무엇인지, 왜 그렇게 이슈가 되고 있는지, 초전도체가 대체 우리랑 무슨 상관인지, 우리의 삶을 어떤 식으로 바꿀 수 있는지에 관해 살펴보고자 한다.

초전도체란?

초전도체란, 초전도 현상과 마이스너 효과가 발생하는 물질로 정의된다. 어떤 물질에 전기가 얼마나 통할 수 있는지에 따라 물질의 상태를 도체, 부도체, 반도체 3가지로 나눌 수 있다. 그중 전기가 가장 잘 통하는 물질은 도체인데, 도체에서도 전류가 흐를 때 저항 특성이 나타난다. 저항 특성은 전기를 흐르지 못하게 막는 특성으로써, 저항이 발생하면 전기가 흐르는 속도가 느려지고 열이 발생하게 된다. 즉, 에너지 손실이 크게 발생한다. 초전도체는 이러한 문제점 없이 전기를 완전히 잘 흐르게 할 수 있는 물질이다.

초전도체의 초전도 현상

초전도 현상이란 전기 저항이 0인 도체를 말한다. 초전도체에서는 전기가 흐를 때 저항 특성이 나타나지 않기 때문에 전기를 매우 빠르게 흘릴 수 있고 발열 현상이 발생하지 않는다. 손실되는 에너지 없이 공급한 전기를 온전한 동력으로 사용할 수 있는 것이다. 이러한 현상을 초전도 현상이라고 하고, 초전도체의 성질 중 하나이다.

초전도체의 마이스너 효과

초전도체의 두번째 성질은 마이스너 효과가 발생한다는 점이다. 마이스너 효과란 초전도체가 물질 내부로 들어오려는 자기장을 물질 외부로 밀어내는 현상을 말한다. 일반적인 물질이 물질 내부에 자기장을 형성할 수 있는 것과 다르게, 초전도체의의 경우 물질 내부에 자가장을 형성할 수 없고 자기장을 외부로 밀어낸다. 이러한 특성으로 인해 초전도체 물질 위에 자성을 갖는 물질 (자석)을 올려두면 그 물질이 공중에 붕 떠있게 되는 모습을 확인할 수 있다.

초전도체의 마이스너 효과 (아래 검정색이 초전도체, 공중에 떠있는 것이 자성 물질)

초전도체 응용처

전기를 사용하는 모든 곳에 초전도체 물질을 사용할 수 있다. 전기에너지를 주요 에너지원으로 사용하는 요즘 시대에선 대부분의 제품이 전자소자나 부품을 포함한 전자제품인데, 그것들을 초전도체로 대체하면 에너지 손실 없이 훨씬 빠른 속도로 이용할 수 있게 된다. 가령 컴퓨터에 초전도체가 사용된다면, 같은 양의 전기로 지금보다 훨씬 더 빠른 속도의 컴퓨터를 이용할 수 있게 될 것이다. 또한, 전기 공급에 따른 발열 현상이 발생하지 않기 때문에 냉각을 위해 힘을 쏟지 않아도 되어 쿨러도 필요 없어질 것이다. 두 번째로 전자기적 현상을 응용하는 모든 곳에 초전도체 물질을 사용할 수 있다. 전기를 흘려서 자기장을 형성해 신체 내부를 검사하는 MRI나, 철로와 열차 사이에서 발생하는 전자기력을 이용해 추진력을 얻는 자기부상열차가 그 예이다. 초전도체가 상용화되면 해당 기술의 난이도나 단가가 낮아질 것이다. 이전에 없었던 새로운 응용처도 무수히 많이 생겨날 것이다.