전자 부품 기술 탐구: 초전도체 LK99에 대한 논란 5 (feat. by Science)

Science지 웹사이트의 블로그에 Derek Lowe 박사가 현재까지 LK99에 대한 논란을 보면서 본인의 견해를 정리한 글을 올렸다. LK99 논란 초기의 Science의 냉담한 반응과는 약간 다른, 그리고 최근 Nature 지의 부정적인 의견과 대비되어 중립적인 입장을 기술한 것이어서 주목받고 있다.

 

 

Derek Lowe

저자 소개: Derek Lowe, an Arkansan by birth, got his BA from Hendrix College and his PhD in organic chemistry from Duke before spending time in Germany on a Humboldt Fellowship on his post-doc. He’s worked for several major pharmaceutical companies since 1989 on drug discovery projects against schizophrenia, Alzheimer’s, diabetes, osteoporosis and other diseases.

 

 

안타깝게도 저는 LK-99 초전도체 이야기의 모든 복잡성을 따라가려고 노력하지 않았습니다. 결국에는 여가시간에 이 블로그 글을 작성합니다! 하지만 이제 다시 살펴볼 때입니다. 이 이야기에는 셀 수 없이 많은 우여곡절과 반전이 있었으며, 이 모든 것을 요약하지는 않겠지만 현재 상황에 대한 대략적인 요약을 제공하려고 노력하겠습니다.

원래는 시료 준비가 비교적 간단했기 때문에 시료를 재현하는 것이 간단할 것이라고 생각했습니다. 하지만, 그렇지 않았습니다. 그 어디에도 근접하지 못했습니다. 그리고 제가 보기에 그 책임은 한국 사전 논문의 저자들에게 있는 것 같습니다. 만약 그들이 무언가를 가지고 있다면 (그리고 그것은 매우 의심의 여지가 있습니다), 그들은 다른 사람들이 그것들을 스스로 증명하는 방법에 대해 끔찍할 만큼 제대로 말해주지 못했습니다.

 

전 세계의 수많은 그룹이 최초 게시 후 며칠과 몇 주 동안 명시된 절차를 시도했지만, 대부분의 경우 불균일하고 다양한 특징의 쓰레기를 얻는 것에 불과했습니다. 이 쓰레기의 작은 조각과 스크랩은 때때로 자기장 내에서 흥미로운 행동을 보였지만(예를 들어, 자기장에서), 아무도 실제로 깨끗한(또는 일종의 깨끗한) 크기가  되좀는 샘플을 생성하는 것 같지는 않았습니다.

사람들을 설득하기 위해 초전도체라고 주장되는 깨끗하고 적당한 크기의 샘플로 무엇을 하고 싶은지, 관련된 물리학에 대해 조금(아주 조금만, 저를 믿으세요) 알아보겠습니다. 아래에서 이탤릭체가 아닌 부분으로 건너뛰셔도 됩니다! 유명한 "자석 위에 떠 있는" 사진/동영상은 실제 초전도체가 자기장을 방출하는 방식인 마이스너 효과를 보여주기 위한 시도입니다. 하지만 단순히 떠다니는 것을 보여주는 것만으로는 충분하지 않습니다.

자성에는 여러 종류가 있기 때문입니다.

 

강자성은 이름에 '철'이 들어간 물질이 갖는 우리에게 익숙한 자성입니다. 강자성은 발전기와 전기 모터, 자기 테이프와 하드 드라이브 저장 장치, 그리고 장식용 냉장고 자석의 기본입니다. 철과 같은 물질은 다른 소스의 강한 자기장에 노출되면 "자화"될 수 있으며, 시간이 지남에 따라 이 속성이 어느 정도 유지됩니다. 강자성은 친숙함에도 불구하고 비교적 드문 현상입니다.

 

두 번째 범주는 상자성인데, 상자성 물질에서 외부 자기장은 그 자기장과 약하고 완전히 일시적인 자기 정렬을 일으킵니다. 따라서 강자성 물질보다 훨씬 더 약하게 끌어당깁니다. 알루미늄, 산화철, 산소 등 짝을 이루지 않은 전자를 가진 대부분의 물질은 상자성입니다. 하지만 아주 강한 외부 자기장이 들어오지 않는 한 그 효과는 실제로 매우 작기 때문에 알루미늄 호일이나 녹 같은 것에는 자성이 전혀 없다고 생각하는 것이 일반적입니다.

 

세 번째 범주인 반자성이 있습니다. 이 경우 외부 자기장이 반대 방향으로 정렬된 자기장을 유도하여 물체를 밀어냅니다. 이는 짝을 이루지 않은 전자가 아닌 짝을 이룬 전자의 성질로, 모든 물질이 상자성을 가지고 있음을 의미합니다. 그러나 이러한 성질은 일반적으로 매우 약합니다. 이 반발력은 강자성 및 상자성 물질의 외부 자석에 대한 인력에 대항하여 작용하지만, 여러분은 이를 전혀 느끼지 못합니다.

하지만 눈에 띄는 반자성을 가진 몇 가지 물질이 있는데, 가장 대표적인 예로 비스무스가 있습니다. 비스무 금속은 실제로 자석에 의해 튕겨져 나가며, 이 때문에 처음에 상자성이 발견되었습니다. 앞서 언급했듯이 다른 모든 물질도 자석에 의해 튕겨지지만, 이를 증명하려면 엄청난 외부 장이 필요합니다(물론 강자성 또는 상자성이 아닌 물질이어야 하며, 그렇지 않으면 더 강한 인력을 볼 수 있을 뿐입니다). 하지만 이렇게 하면 물방울이나 살아있는 개구리 같은 물체를 자기 부상시킬 수 있습니다.

초전도체는 기본적으로 완벽한 상자성 자석입니다. 따라서 외부 자기장에 의해 실제로 반발할 것이고, 그 자기장이 충분히 강하다면 그 반발력은 중력을 극복할 수 있을 만큼 강할 것입니다. 따라서 액체 질소로 냉각된 REBCO(RE는 Rare Earth, 희토류, BCO는 바륨-구리-산화물)초전도체 샘플로 공중부양이 시연된 것입니다. 하지만 마이스너 효과는 초전도체 임계 온도에 도달하면 자기장이 사라진다고 보는 것이 더 정확합니다. REBCO 샘플이 약간 따뜻해지면 물건이 다시 표면으로 떨어지지만 액체 질소를 부으면 물건이 다시 떠오릅니다.

사실 고온 초전도체라고 주장할 때 누구나 만들 수 있는 멋진 동영상이 될 것입니다. 동일한 실험(강한 자석의 작은 샘플을 공중 부양)을 온도 조절 챔버에서 수행해 보세요. Tc 이하로 내려가면 공중부양이 시작되고, 그 이상으로 다시 따뜻해지면 공중부양이 멈춰야 합니다. 그리고 앞뒤로 순환할 수 있어야 합니다.

 

한국 팀이 이 기술을 시연하는 모습을 보고 싶지만 아직 그런 영상을 보지 못했습니다. 기술적으로 더 정교하고 완벽한 마이스너 효과를 시연할 수 있는 방법이 있지만, 그것도 좋은 방법이 될 것입니다. "플럭스 고정"이라는 또 다른 효과가 있는데, 이는 타입 II 초전도체에서 일부 자기장 선이 특정 지점을 통과할 수 있게 하는 양자역학적 효과입니다. 이는 마치 보이지 않는 바늘이 관통하는 것처럼 공중 부양하는 샘플을 "제자리에" 고정시킵니다. 그런 셈이죠. 실제로 매우 유용할 수 있기 때문에 이를 시연하는 것도 매우 좋을 것입니다(마지막 링크 참조).

물론 초전도체가 가진 또 다른 특성은 바로 초전도성입니다. 즉, 임계 온도 이하에서는 전류에 대한 저항이 0이 됩니다. 동일한 온도 제어 챔버에서 시료가 냉각되면 저항이 갑자기 0으로 떨어지고, 따뜻해지면 저항이 갑자기 다시 올라가는 것을 보여주고 이를 반복하면 또 다른 간단한 데모를 만들 수 있습니다. 이것도 처음 보시나요? 이전과 마찬가지로 이를 더 정교하게 표시하는 방법이 있지만 저 같은 초보자에게는 좋은 시작이 될 것입니다.

LK-99 합성에 대한 추가 연구를 통해 더 상순도(Phase-pure)가 높은 더 깨끗한 물질이 생성되었지만, 이러한 준비물 중 어느 것도 처음에 주장했던 놀라운 특성을 보여주지 못하는 것 같습니다. 따라서 다른 사람들이 힘들게 준비한 물질이 실제로 LK-99라면 초전도체가 아니며, 초전도체일 수 있다고 생각하게 만드는 놀림 효과는 불순물 때문일 수 있다는 다소 좁은 길이 남습니다. 만약 한국 연구팀이 초전도체 물질을 만들어냈다면, 적어도 공개적으로는 초전도체 물질의 특성 분석과 복제를 위한 세부 정보 제공을 제대로 하지 않은 셈이 됩니다.

공은 원저자들이 쥐고 있습니다. 그들은 동료 검토를 위해 원고를 준비 중이라고 하는데, 이 시점에서 얼마나 힘든 과정이 될까요? 그런 논문은 설명해야 할 것이 많을 것입니다. 물론 연구팀은 초전도성을 주장하는 물질의 샘플을 공유할 수도 있지만, 이 또한 이루어지지 않은 것 같습니다.

현재로서는 이 상황에 대해 크게 두 가지 설명이 가능한 것 같습니다.

 

첫 번째는 현재로서는 훨씬 더 가능성이 높은 것으로, 초기 보고서 전체가 엉터리였고 초전도체가 존재하지 않는다는 것입니다. 이는 매우 진지하고 유능한 실험실에서 이루어진 모든 복제 시도를 통해 도출할 수 있는 결론입니다.

 

두 번째는 가능성은 낮지만 여전히 가능한 것으로, 한국 그룹이 실제로 초전도체는 만들었지만 특허권 확보에 더 신경을 쓰기 때문에 (아마도 고의적으로) 최선의 모드를 공개하지 않았다는 것입니다.

이런 해석은 한국어로 된 특허 출원서 같은 것을 통해 어느 정도 지지를 얻을 수 있습니다. 안타깝게도 저는 한국어를 읽지도, 말하지도 못하지만 첫 페이지에 있는 수치를 보면 105℃ 미만의 온도에서 저항이 0이 되는 것을 볼 수 있습니다. 30mA의 전류에서도요? 항상 그렇듯이 저는 이것이 진짜라면 흥분할 준비가 되어 있습니다. 하지만 지금까지 일어난 일로 인해 희망이 훨씬 줄어들었습니다. 자, 한국 과학자 여러분. 우리를 놀라게 해주세요.

 

 

뜨리스땅

 

원문 출처: https://www.science.org/content/blog-post/superconductor-update

 

 

https://tristanchoi.tistory.com/467

전자 부품 기술 탐구: 초전도체 LK99에 대한 논란 4 (feat. by 서남)