카드뮴(Cd)으로 고온초전도 제어기술 규명
카드뮴(Cd)으로 고온초전도 제어기술 규명
  • 김종식
  • 승인 2014.01.13 00:23
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

자기공명장치, 자기부상열차, 양자컴퓨터 등에 정밀한 전자제어기술로 활용 기대
▲ 도식으로 나타낸 압력에 따른 magnetic droplet의 크기
압력을 가했을 때 물질 전반적인 상은 초전도성을 나타내지만 방울모양으로 띄엄띄엄 자성을 가진 droplet이 존재하고 있음을 보여준다
국내 연구진이 카드뮴(Cd)으로 고온초전도체를 제어할 수 있다는 사실을 12일 처음 밝혀냈다. 초전도체는 꿈의 전선이라 불리는 초전도 케이블에서부터 자기공명장치, 자기부상열차, 초전도 소자, 양자컴퓨터 등에 이르기까지 전자를 정밀하게 제어하는 것이 관건인 관련 산업 등에 널리 응용될 수 있어 이번 연구성과가 특히 눈길을 끌고 있다.



고온초전도체란 저항이 0이 되면서 전류가 손실 없이 자유롭게 흐르는 초전도현상(superconductivity)을 보이는 물질로 통상 액체질소온도 77K(영하 196 ℃) 보다 높은 온도에서 초전도 현상을 보이는 물질을 고온초전도체라 한다.



성균관대학교 물리학과 박두선 교수가 주도하고 서순범 박사과정 연구원(제1저자) 등이 수행한 이번 연구는 네이처 피직스(Nature Physics)지 12월 22일자 온라인판에 게재되었다.



지금까지 비싼 액체 헬륨이 필요한 저온초전도체와는 달리 가격이 저렴한 액체 질소 환경에서도 작동하는 고온초전도체는 활용폭이 넓어 차세대 신물질로 주목받고 있지만 초전도현상을 나타내는 원인은 밝혀지지 않았다.

통상 화학물질 첨가 등을 통해 특정 조건에서 초전도현상을 유도하는데 이 때 첨가되는 물질로 인한 효과 때문에 원래 초전도체의 형성과정을 밝혀내는 것이 어려웠다.



이에 연구팀은 원래부터 초전도성을 띠는 화합물(CeCoIn5)을 선택하여 여기에 1% 이하의 미량의 카드뮴(Cd)을 첨가하여 인듐(In)자리에 치환한 결과 초전도 현상이 사라지는 것을 알아냈다. 초전도 형성원인을 밝힐 실마리로서 미량의 카드뮴(Cd) 첨가로 비교적 손쉽게 초전도 현상을 제어할 수 있게 되면 정밀한 전자제어가 필요한 초전도 산업분야에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.



한편 극저온에서 압력을 가하면 다시 초전도 현상이 회복되지만 양자임계현상*은 나타나지 않는 것으로 나타났다. 양자임계현상(quantum critical phenomena)은 온도 0K(영하 273 ℃)에서 압력이나 자기장 등을 변화시킬 때 열적요동이 아닌 양자요동(quantum fluctuation)으로 인해 나타나는 초전도나 준자성 등 고전물리이론으로 설명되지 않는 현상을 말한다.


즉, 카드뮴이 첨가되면 그 주위로 저항처럼 작용하는 스핀물방울이 쏠리면서 초전도 현상이 억제되는데 여기에 다시 압력을 가하여 스핀물방울을 작게 만들면 초전도 현상은 회복시킬 수 있지만 스핀물방울이 사라지지 않는다. 이러한 사실을 통해 양자임계현상이 비가역적인 반응임도 발견했다.



박 교수는 “물이 얼었다가 온도가 높아지면 다시 물로 녹듯이 극저온에서 고체상태의 전자들이 압력을 받아 액체상태로 바뀌지만 여전히 미량의 전자 불순물들이 고체상태를 유지한 결과 새로운 양자역학적 현상이 나타나는 것으로 풀이된다”고 밝혔다.
   

댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
0 / 400
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

인기기사
기업돋보기
단독기사
톱데일리는 독자분들의 제보를 기다리고 있습니다.
여러분께서 주신 제보와 취재요청으로 세상을 더욱 가치있게 만들겠습니다.
뉴스제보 이메일 top@topdaily.co.kr