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산화구리 초전도체에 결정체 내 원자간 간격 변화가 미치는 영향

전문가 제언: ○ 금속, 도핑된 반도체에서 10°K이하 온도에서 저온 초전도체가 발견되고 이는 1950년 BCS이론으로 설명되었다. 이후, 비교적 값싼 액체 질소의 끓는점 77°K보다 높은 임계온도를 갖는 초전도체가 발견된 후 더 많은 연구가 가능해졌으며, 알려진 가장 높은 임계온도는 185°K로, 층 구조의 산화구리 화합물계열, HTBCCO에서 발견되었다. 최근 C60 등 유기물에 도핑을 하여 임계온도 52°K의 고온 초전도체를 만들어 내기도 했다.

○ 초전도체는 전기저항이 0에 수렴하고, 내부에 자기장을 배제시킬 수 있는 등 과학적, 산업적으로 훌륭한 특징들을 갖지만, 구현 임계온도가 낮아 실용화가 어렵다. 이에 따라 고온 초전도체는 주목을 받게 되었으나 아직 부도체로 알려진 산화물에서 초전도 현상이 나타나게 되는 원인은 명확히 설명된 바 없다. 앞으로 이 분야에 대한 연구가 더 높은 임계온도의 초전도체를 의도적으로 만들어 내거나 새로운 성질을 발견해 내는 데 큰 역할을 할 수 있을 것이다. 따라서 우리나라도 장기적 안목을 가지고 미지의 분야 중 하나인 초전도체 순수 연구에 투자할 필요가 있다.

○ Cornell 대학의 Davis 그룹, Princeton 대학의 Yazdani 그룹은 초전도체를 고분해능 STM으로 국소적 전기적 성질을 밝힌, 고온 초전도의 원리 연구의 선두그룹이다. 그러나 고온 초전도체의 경우 전자의 운동량에 따라 에너지 틈의 비대칭성이 나타나는 것을 고려할 때 역격자(Reciprocal Lattice) 공간에서 분해능을 갖는 ARPES 연구 역시 중요하다. Stanford 대학의 Shen 그룹 등이 ARPES 연구로 유명하다.

○ 현재 초전도체는 발열이나 전력소모가 거의 없는 상태에서 높은 전류를 낼 수 있기 때문에 강한 전자석, 자기부상열차, MRI 등에 사용되고 있다. 이뿐만 아니라 나노 금속선에서 초전도 현상을 구현한다면 저전력 고성능의 발열 없는 회로가 가능할 것이다. 또한 탄소 계열의 물질에서 초전도체가 발견된 시점에서 최근 반도체 산업에서 주목받고 있는 graphene에서도 불순물 도핑에 의한 초전도 현상이 기대된다.

저자: J.A.Slezak, Jinho Lee, M.Wang, K.McElroy, K.Fujita, B.M.Andersen, P.J.Hirschfeld, H.Eisaki, S.Uchida, J.C.Davis
자료유형: 학술정보