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한국인 과학자가 물질의 새로운 상태인 초고체 현상을 발견했다.

‘네이처’는 부산대를 졸업하고 펜실베이니아주립대에서 박사학위 과정을 밟고 있는 김은성씨의 이번 연구결과를 1월 15일자에 게재했다.

초고체(supersolid)는 일정한 결정구조를 유지하는 고체의 특성을 가지면서도 내부의 원자들이 다른 원자들 사이를 흐르는 새로운 물질. 이때 점성 없는 초유체(superfluid)처럼 원자들 간에 전혀 저항이 발생하지 않는다. 출근길 사람들로 꽉 찬 지하철에서 옆사람과 전혀 부딪히지 않고 미끄러지듯 출구로 빠져나갈 수 있는 것과 마찬가지다.

김은성씨는 모제즈 찬 교수와 함께 헬륨-4를 유리 디스크에 넣고 대기압의 62배인 고압상태에서 냉각시켜 고체 결정상태로 만들었다. 연구팀은 유리 디스크의 온도를 낮춰가며 회전시켰더니 절대온도 0.175K(0K = -273℃)에서 갑자기 잘 움직인다는 사실을 발견했다. 참고로 초유체현상은 헬륨-3과 4를 2.176K까지 냉각시켜 액체로 만들었을 때 발생한다.

공깃돌들이 놓여진 접시를 용수철에 매달아놓고 진동을 시킬 때 공깃돌이 가벼울수록 움직임이 더 빨라진다. 만약 접시 위의 공깃돌 일부가 다른 공깃돌이나 접시 위를 떠다니기 시작하면 접시의 무게가 줄면서 진동이 빨라질 것이다.

논문은 헬륨 결정 내 원자의 일부가 초유체처럼 다른 원자들 사이를 흘러다니기 때문에 유리 디스크의 질량이 줄어들어 움직임이 빨라진 것으로 설명했다.