전력 손실 줄일 실마리?…상압 초전도 기록 33년 만에 경신

이번 성과는 같은 Hg1223 재료를 쓰면서도 공정 제어만으로 상압 기록을 끌어올렸다는 점에서 주목된다 [사진: 셔터스톡]

[디지털투데이 홍진주 기자] 미국 연구진이 상압 환경에서 초전도 전이온도를 섭씨 영하 122도 수준까지 끌어올리며 33년 만에 기록을 경신했다.

28일(현지시간) 온라인 매체 기가진에 따르면, 미국 휴스턴대와 텍사스 초전도센터 연구팀은 수은계 구리 산화물 세라믹인 Hg1223를 이용해 상압 기준 151K(약 영하 122도)의 초전도 전이온도를 구현했다고 밝혔다. 기존 기록인 133K보다 18K 높은 수치다.

초전도체는 특정 온도 이하에서 전기 저항이 0이 되는 물질이다. 전이온도가 높을수록 냉각 비용과 장비 부담을 줄일 수 있어 실용화 가능성이 커진다. 특히 기존 고성능 초전도체 상당수는 극고압 환경에서만 특성을 유지해 실제 산업 적용에 한계가 있었는데, 이번 성과는 일반 대기압 상태에서 기록을 끌어올렸다는 점에서 의미가 크다.

연구팀은 이번 기록 경신 배경으로 '압력 퀀치'(pressure quench) 기법을 제시했다. 이는 고압 상태에서 형성된 물질의 구조와 전자 상태를 압력을 제거한 뒤에도 유지하도록 만드는 방식이다. 연구진은 Hg1223에 강한 압력을 가해 초전도 특성을 강화한 뒤, 특정 온도까지 냉각한 상태에서 압력을 빠르게 제거했다. 그 결과 고압 상태에서 형성된 초전도 특성이 상압에서도 유지됐다는 설명이다.

실험 과정에서는 일반 대기압의 최대 30만배 수준 압력이 활용됐다. 연구팀은 압력을 제거한 뒤에도 151K 전이온도가 약 2주간 유지됐으며, 동일 결과가 서로 다른 5개 샘플에서 재현됐다고 밝혔다. 연구를 이끈 휴스턴대의 친우 추는 이번 방식이 "고압 상태에서만 가능한 특성을 상압에서도 유지할 가능성을 보여줬다"고 설명했다.

다만 상압 실온 초전도체까지는 여전히 큰 격차가 남아 있다. 이번 기록은 섭씨 약 영하 122도로, 일반적인 실온과는 약 140도 차이가 난다. 연구팀 역시 이번 성과가 곧바로 실온 초전도 실현을 뜻하는 것은 아니라고 선을 그었다. 그럼에도 상압 기준 기록을 33년 만에 끌어올렸다는 점에서 냉각 비용 절감과 응용 가능성 확대 측면의 진전으로 평가된다.

초전도체는 전력 송전, MRI, 핵융합, 양자컴퓨팅, 고속 전자기기 등 다양한 분야에서 핵심 기술로 꼽힌다. 친우 추는 현재 송전 과정에서 전력 손실이 상당한 수준이라며, 초전도체 활용이 확대되면 에너지 효율 개선과 환경 부담 완화에 기여할 수 있다고 강조했다.

업계에서는 이번 연구가 상압 초전도체 개발 경쟁을 다시 자극할 가능성에도 주목하고 있다. 앞으로는 압력 퀀치 효과를 더 오래 유지할 수 있는지, 다른 재료에도 같은 방식이 적용되는지, 또 상압 상태에서 전이온도를 추가로 높일 수 있는지가 주요 과제로 떠오를 전망이다.