국내 연구팀, 임계온도 끌어올려
[아시아경제 정종오 기자] 철(Fe)로 만든 초전도체 상용화 가능성이 높아졌습니다. 국내 연구팀이 표면 전자도핑으로 철 화합물 초전도체 성능을 개선했습니다. 초전도체 성능의 잣대인 임계온도를 24K(-249도)에서 41.5K(-231도)로 끌어올렸습니다.
1987년 요하네스 베드노르츠와 카를 뮐러는 구리화합물 고온 초전도체(임계온도 35K(-238도) 이상)를 발견한 공로로 노벨 물리학상을 수상했습니다. 이후 과학계는 구리화합물 초전도체의 임계온도를 133K(-140도) 이상까지 끌어올리며 상용화를 위해 노력해왔습니다. 희토류 원소가 들어가 제작 단가가 높고 대량생산할 때 균일한 성능을 유지하기 어려워 제한적 상용화만 가능했습니다.
연구팀은 철-닉토겐 초전도체에 알칼리금속인 칼륨과 나트륨 원자를 표면에 붙여 전자 도핑하는 방법을 최초로 적용해 임계온도를 끌어올리는데 성공했습니다. 그 동안 초전도체 도핑은 화합물 내부에 특정 원자를 넣는 방법이 주를 이뤘습니다. 이 방법은 화합물 내 자유전자들을 산란시켜 초전도 성능 저하(임계온도 하락)를 일으키는 단점이 있었습니다.
이 때문에 원자를 넣지 않고 전자만 도핑하는 방법이 고안됐는데 증착이 손쉬운 철-칼코겐 초전도체에만 적용됐습니다. 연구팀은 철-닉토겐 초전도체에 해당 기법을 최초로 적용해 초전도체 성능의 잣대인 임계온도를 24K(-249도)에서 41.5K(-231도)로 획기적으로 끌어올렸습니다. 이로써 철 화합물 초전도체 상용화 가능성을 한 단계 높였습니다.
이번 연구는 기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) 강상관계 물질 연구단(단장 노태원)의 김창영(서울대 물리천문학부 교수) 부연구단장 연구팀이 수행했습니다. 연구성과는 과학저널 네이처 머티리얼즈(Nature Materials) 8월16일자 온라인(논문명:Enhanced superconductivity in surface electron doped iron pnictide Ba(Fe1.94Co0.06)As2)에 실렸습니다.
김창영 부연구단장은 "철 기반 초전도체는 대량생산할 때도 초전도성을 균일하게 발현할 수 있다"며 "제작비용도 저렴한 것이 장점인데 이번 연구로 임계온도가 높은 철 초전도체 개발의 가능성을 열었다"고 설명했습니다.
정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr
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