美中 과학자들 “초전도체 LK-99 데이터 불충분… 상용성 검증 시간 걸릴 것”
로이터통신은 한국 연구진이 발표한 초전도체 LK-99 관련 논문 두 편을 미국과 중국의 과학자들이 검증해보니 데이터가 충분하지 않은 불완전한 연구일 가능성이 높다는 의문을 제기했다고 4일(현지시간) 보도했다.
과학자들이 공식적인 동료 검토 및 출판 전에 연구를 공유하기 위해 사용하는 웹사이트에 게재된 이 논문은 최소 두 곳의 미국 국립연구소와 세 곳의 중국 대학을 포함한 전 세계 연구자들이 제안된 자료를 면밀히 검토하도록 자극했다.
지난주 한국의 연구진은 납 인회석이라는 비교적 흔한 광물에 소수의 구리 원자를 합성해 ‘LK-99’라고 불리는 초전도체 합성물을 만드는 방법을 발표했다. 두 과학자 이석배, 김지훈의 영어 이름 ‘LEE’와 ‘KIM’의 첫 글자와 물질의 발견 연도인 1999년의 이름을 따서 LK-99로 명명된 이 물질은 납과 구리로 만든 화합물이다. 발표 즉시, 한국과 중국, 일본의 초전도체 테마주는 일제히 급상승했다. 상온에서 작동하는 초전도체 신소재는 오랫동안 과학자들의 성배로 여겨져 왔기 때문이다.
초전도체라는 개념은 한 세기가 넘은 개념으로, 전기 저항이 없고 자기장을 없애는 물질을 말한다. 이러한 물질은 열이나 빛에 의한 소산을 유발하는 저항이 없기 때문에 거의 영구적으로 전류를 유지할 수 있어 에너지 효율이 매우 높다. 이전에도 비슷한 원소가 만들어졌지만 영하 180도 이하의 극저온과 같이 고도로 통제된 조건이 필요했기에 실용적이지 못했다. 적절한 환경을 조성하기 위한 많은 전력이 소모되고 상온, 상압에서 사용할 수 없다면 신소재의 가치는 없는 것이나 다름없다.
초전도체는 저항 없이 전류를 흐를 수 있는 물질로, 송전 과정에서 에너지가 손실되는 전력망은 물론 전기 저항이 속도 제한으로 작용하는 컴퓨팅 칩과 같은 첨단 분야에도 혁신을 가져올 수 있는 물질이다.
한국 연구진은 3명의 저자가 참여한 초기 논문과 첫 번째 논문의 저자 중 2명만 포함된 6명의 저자가 참여한 두 번째 상세 논문 등 두 개의 논문을 발표했다. 로이터가 연락한 저자 중 누구도 논평 요청에 응답하지 않았다.
초전도 물질은 이미 의료 영상용 MRI 기계와 일부 양자 컴퓨터와 같은 곳에 존재하지만 극도로 낮은 온도에서만 초전도 특성을 나타내므로 광범위하게 사용하기에는 실용적이지 않다.
로이터 통신과 인터뷰한 물리학자들은 ‘상온 초전도체가 존재할 수 없다’는 물리학 법칙은 없으며, 한국 연구팀이 설명한 물질은 합성하기 쉽기 때문에 다른 연구자들도 이번 주부터 결과를 얻을 수 있을 것이라고 말했다. 발견을 증명하는 가장 중요한 기준은 다른 연구소에서 한국 연구진의 연구 결과를 안정적으로 복제하는 것이다.
최근 최소 세 곳의 중국 대학 연구진이 다양한 결과를 가진 LK-99 버전을 제작했다고 밝혔다. 화중과학기술대학의 한 연구팀은 이 물질이 자석 위로 떠오르는 영상을 게시했는데, 진정한 초전도체는 나침반처럼 회전하지 않고 어떤 방향으로든 자석 위에 뜰 수 있기 때문에 중요한 의미를 갖는다.
그러나 취푸 사범대학의 또 다른 연구팀은 초전도체에 필수적인 특성 중 하나인 제로 저항을 관찰하지 못했다고 말했다. 중국 동부 도시 난징에 있는 동남대학교의 세 번째 연구팀은 0 저항을 측정했지만 110켈빈(섭씨 -163도)의 온도에서만 측정했다고 말했다.
지난 4일 한국 전문가들은 LK-99 합성에 성공했다는 주장을 검증하기 위해 위원회를 구성하겠다고 밝혔다.
과학자에서 투자자로 변신한 빌 게이츠가 설립한 ‘브레이크스루 에너지 벤처스’의 에릭 툰은 “평판이 좋은 연구소의 동료 검토와 재현 노력을 모니터링하고 있다”고 말했다.
툰은 “초전도를 검증하거나 입증하는 데 필요한 측정은 매우 어렵다”며 “옳다면 완전히 판도를 바꿀 수 있지만, 더 많은 검증이 이루어질 때까지는 인내심을 가져야 한다”고 말했다.
LK-99에 대한 나쁜 소식은 초전도 후보 물질들이 이후 면밀히 조사해보면 아닌 경우가 많았다는데 있다. 초전도체 연구자들은 미확인 초전도 물체(USO)라는 이름으로 통칭하기도 한다.
아르곤 국립연구소의 응축 물질 물리학자인 마이크 노먼은 “우리는 이를 USO라고 부른다”고 말했다. 노먼은 “USO는 유구한 역사를 지니고 있다”며 “우리는 USO에 현혹된다. 선량한 연구자들조차 속을 수 있다”고 말했다.
노먼은 “원본 논문에 문제가 있다”고 말했다. 한국 연구진이 연구 결과를 서둘러 발표하다 보니 인쇄상의 실수가 있었을 수도 있지만, 더 큰 문제는 물질이 초전도 상태일 때와 그렇지 않을 때 어떻게 작동하는지 보여줄 수 있는 광범위한 온도 범위의 데이터가 부족하다는 것이다.
노먼은 “사람들은 종종 샘플의 얼마나 많은 부분이 실제로 초전도체이고 얼마나 많은 부분이 그렇지 않은지를 보여주기 위해 이 방법을 사용한다”며 “온도 범위의 데이터가 빠져 있다”고 말했다.
다른 연구자들도 주의해야 할 이유를 발견했다. 고체 물리학자이자 로렌스 버클리 국립연구소의 직원 과학자인 시네아드 그리핀은 미국 에너지부 슈퍼컴퓨터를 사용하여 제안된 물질을 시뮬레이션했다.
그리핀은 납 인회석에 구리 원자를 삽입하면 기존 초전도체와 유사한 예상치 못한 방식으로 원자가 재배열된다는 사실을 발견했다. 그러나 이러한 효과는 구리 원자가 원래 가고 싶지 않은 곳으로 이동하는 것에 의존하기 때문에 대량 생산이 어려울 있다.
그리핀은 “이 시뮬레이션이 초전도체임을 결정적으로 증명할 수 없다”며 “연구자들이 구리 원자를 납 인회석에 완벽하게 정밀하게 배치할 수 있다고 가정한 연구라는 한계가 있다”고 경고했다. 이어 “현실 세계에서는 불가능할 가능성이 높으며 재료에 큰 영향을 미칠 수 있다”고 지적했다.
호주 멜버른의 모나쉬 대학교 물리학 교수인 마이클 풀러는 “LK-99가 상온 초전도체로 밝혀지더라도 얼마나 유용할지 판단하는 데는 시간이 걸릴 것”이라고 말했다. 예를 들어, 풀러 교수는 “전력망 개선의 핵심 질문인 이 물질이 얼마나 많은 전류를 전달할 수 있고 여전히 초전도체가 될 수 있는지에 대한 데이터가 제공되지 않았다”고 말했다.
하지만 풀러와 다른 물리학자들은 “초전도체에 대해 아직 밝혀지지 않은 것이 많다는 점과 일반적인 물질에서 우연히 발견될 수 있다는 가능성을 고려할 때 연구할 가치가 있는 결과”라고 말했다.
노먼은 “우리가 아직 조사하지 않은 광물이 엄청나게 많다”며 “그리고 이 광물들에는 아마도 매우 흥미로운 물리학이 숨어 있을 것”이라고 말했다.
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