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상온 초전도체가 개발되다니! 초전도체가 극한의 추위에서 벗어나기를 과학자들이 얼마나 기대했는지 아세요? 무려 100년이 넘는 시간을 기다렸다니까요! 이렇게 긴 시간동안 무슨 일이 있었는지 차근차근 알려드릴게요!

[1] 20세기 초 “엄청 낮은 온도에서 저항은 어떻게 변할까?”

저항이 발생하는 원인은 전기를 운반하는 전자가 진동하는 원자핵과 부딪치기 때문이에요. 만약 온도를 엄청나게 낮춰 원자핵의 진동을 멈춘다면, 전자가 원자핵과 덜 부딪치니 저항이 낮아질까요? 아니면 전자마저 얼어버려 오히려 저항이 늘어날까요? 

이 문제를 두고 20세기 초 과학자들은 논쟁을 벌였어요. 하지만 원자핵의 움직임을 멈출 정도로 낮은 온도를 만들어 낼 수가 없기에 궁금증은 풀리지 않았죠.   

[2] 1911년 “영하 269℃의 액체 헬륨 개발!”

1911년, 네덜란드의 물리학자 헤이커 오너스가 영하 269℃의 액체상태 헬륨을 만드는 데 성공했어요. 오너스는 이 액체 헬륨을 이용해 수은을 냉각시키며 저항을 측정했답니다. 그런데 수은의 온도가 영하 약 269℃가 되자 갑자기 전기 저항이 0이 되는 현상이 발생했어요. 초전도체가 탄생한 거죠. 하지만…, 그 이유는 알 수 없었어요.

[3] 1975년 “저희가 초전도 현상의 이유를 알아냈습니다!”

미국 일리노이대학교 어바나샴페인캠퍼스의 존 바딘 교수와 대학원생 리언 쿠퍼, 갓 박사학위를 받은 존 로버트 슈리퍼 세 명이 초전도 현상이 생기는 원인을 수학 계산을 통해 밝혀냈어요. 세 사람의 이름의 앞글자를 따서 ‘BCS 이론’이라는 이름을 붙였죠. 먼저 이동한 전자가 다른 전자를 잡아 당겨 줌으로써, 전자가 원자핵 사이를 저항 없이 통과할 수 있다는 이론이랍니다. 먼저 이동한 전자와 잡아 당겨진 전자를 ‘쿠퍼쌍’이라고 부르지요. 이 이론에 따르면 영하 243℃ 이상의 온도에선 쿠퍼쌍이 깨져 초전도체가 존재할 수 없답니다.

[4] 1986년 “저희 초전도체는 영하 238℃에서 작동하는데요?”

1986년, 독일의 물리학자 베드노르츠와 스위스의 물리학자 뮐러는 영하 238℃에서 작동하는 초전도체를 만들었어요. 일상 생활에서 사용하기엔 여전히 낮은 온도지만, 영하 243℃란 이론적 한계를 뛰어넘었다는 점에서 이 발견은 초전도체 연구에 새로운 가능성을 보여준 셈이죠.

[5] 현재 “영하 70℃, 영하 23℃…, 계속 올라갑니다!”

과학자들은 초전도체 현상이 일어나는 온도를 올리기 위해 끊임없이 노력하고 있어요. 지난 2015년, 독일 막스플랑크연구소의 드로즈도브 박사팀은 황과 수소를 사용해 영하 70℃에서 작동하는 초전도체를 만들었어요. 이후 2019년, 드로즈도브 박사팀은 란타넘과 수소를 이용해서 영하 23℃로 이 기록을 경신했죠. 그리고 올해, 다이어스 교수팀이 드디어 영상의 온도에서 작동하는 초전도체를 발견한 거예요!