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흔히 결함이 생긴 물건은 질이 떨어진다고 여겨진다. 그러나 양자 재료는 흠집이 생기거나 불순물이 첨가될 때 오히려 초전도성이 개선된다는 연구 결과가 나왔다. 초전도성은 특정 온도 이하에서 물질의 전기 저항이 0이 되며 전력의 손실 없이도 전류를 흐르게 하는 성질이다. 

미국 미네소타대 물리천문학부와 이스라엘 아리엘대 물리학과 등 국제공동연구팀은 스트론튬 티탄산염(SrTiO3) 단결정에 소량의 불순물로 니오븀(Nb)을 첨가한 뒤 압력을 가하는 방식으로 소재의 초전도성 발생 조건을 개선해 그 결과를 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스’ 10월 4일자에 발표했다. doi: 10.1038/s41563-021-01102-3 

연구팀은 불순물이 들어간 스트론튬 티탄산염 결정이 압력으로 휘어지며 격자 모양으로 규칙적이던 원자 배열에 결함이 생겼음을 확인했다. 

결함이 생긴 스트론튬 티탄산염 결정은 영하 243~223°C에서도 초전도성을 보였는데, 이는 결함이 없는 스트론튬 티탄산염 결정보다 최대 약 50°C 높은 온도에서 초전도성이 나타난 것이다. 연구팀은 결함이 생기며 결정 내부의 원자 배열이 흐트러지면서 부분적으로 강유전성을 띠기 때문이라고 해석했다. 강유전성 물질은 외부 전기장 없이도 전기 분극을 나타내는 물질로, 초전도성을 지닌다고 알려져 있다. 

연구를 이끈 마틴 그레벤 미네소타대 양자 재료 센터장은 “완벽하지 않은 물질이 더 나은 초전도성을 보인다는 실험 결과를 처음엔 믿을 수 없었다”며 “이 현상을 활용하면 전류를 흘릴 때 에너지 손실이 없는 전기장비를 만들 수 있을 것”이라고 했다.