초전도체, 극저온에서 시작해 보다 높은 온도로
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초전도체, 극저온에서 시작해 보다 높은 온도로
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  ▲ 트랜지스터의 발명과 초전도체로 두 번이나 노벨상을 수상한 존 바디인 ⓒ 뉴스타운  
 

정확하게 100 년 전에 네덜란드의 물리학자 ‘하이케 카메링 오네스’와 그의 팀은 놀라운, 그리고 전혀 예측할 수 없었던 발견을 했다.

 

그들은 어떤 금속이 ‘절대온도 0도’ 가까이 온도가 내려가자 완전히 전기 저항이 없어지는 것을 발견한 것이다. 이러한 금속으로 만들어진 전선은 전류를 구동할 전원이 없이도 전류를 영원히 흐르게 할 수 있었는데, 당시는 아무도 예측하지 못했고, 또한 아무도 설명할 수 없었다.

 

이 현상은 초전도(superconductivity)라고 명명되었는데, 이름에서 보듯이 이전과는 전혀 수준이 다르다는 것을 암시하는 것이었다.

 

반세기 이상이 걸려서야 이 현상이 규명되었으며, 사용방법 또한 알려졌다.

 

초전도체 발견 반세기 안에, 이 현상을 모두 규명할 수 있는 우아한 이론이 나왔다. 초전도 현상이 본질적으로 이제 해결된 문제가 되었던 것. 

 

그러던 것이 1986년 한 발견으로 모두 뒤집혔다. 이 발견이 암시하는 것은 아직 풀리지 않았으며 아직도 우리는 이것을 설명할 이론을 찾으려고 하는 중이다. 우리가 진정 원하는 것은, 상온에서 사용할 수 있는 초전도체이다. 과연 이러한 초전도체가 우리 손에 미치는 곳에 있을까?

 

절대온도 0도 근처의 초전도 현상의 이해에 있어서 가장 중요한 돌파구가 된 것은 존 바디인, 레온 쿠퍼, 그리고 로버트 쉬리이퍼에 의해서 1957년에 마련되었다. 바디인(사진)은 트랜지스터를 발명한 공로로 이미 노벨상을 받았는데, 초전도체에 기여한 업적으로 쿠퍼 및 쉬리이퍼와 함께 두 번째 노벨상을 받았다. 그들이 함께 규명한 아이디어는 지금 우리에게 알려진 바로는....

 

이미 신체 스캐닝으로부터 질량의 기원을 발견하는데까지 다양하게 응용되고 있는 초전도체. 앞으로 이보다 위대한 기술도 약속돼 있다.

 

초전도체는 매력적일 뿐만 아니라, 점점 유용해지고 있다. 이미 인간 신체 내부를 스캐닝하고 있는데 응용되고 있으며 가속기 센터에서는 질량의 기원을 규명하는 데까지 이용하고 있다. 이보다 못지않게 중요한 것은 앞으로 보다 위대한 혁신적 기술을 약속하고 있다는 것이다.

  

헤이케 카메링 오네스는 초전도체의 가장 중요한 응용 분야로 강력한 전자석을 만들 수 있다는 것을 알았다. 초전도체 전선은 열손실 없이 무한정 전류를 운반할 수 있으므로, 커다란 자장을 생성할 수 있도록 한다.

 

비 초전도체 구리 권선(copper winding)으로 만든 전자석은 이 같은 경우 열로 녹아 버린다. 불행하게도 오네스 생전에는 적은 양의 전류만 사용할 수 있었으므로 그는 강력한 자장을 만들 수는 없었다. 1950년대 후반에 와서야 적합한 재료가 발견되고 관련 기술이 개발됐다.

 

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