HTS 메커니즘에 도전하는 과학자
물리학 교수 J.C. Seamus Davis가 이끌고 있는 Cornell 연구진은 고온 초전도체(HTS)의 메커니즘에 대한 증거를 발견하였다고 발표하였다. 이 새로운 연구 결과는 액체 질소의 상대적으로 고온에서 초전도성을 보이는 개조된 구리 산화물(cuprate)이 어떻게 동작하는지 알려줄 것으로 기대되고 있다.
연구진은 공통 HTS에서 전자쌍의 분포가 ‘무질서’하지만 포논-결정 격자 내의 원자의 진동-의 분포가 같은 방법으로 무질서하다는 사실을 발견하였다. 저온 초전도성의 이론은 포논과 상호 반응하는 전자는 원자와의 산란 없이 전도체 속을 지날 수 있다고 알려져 있다. 이들 결과는 비슷한 메커니즘이 최소한 고온 초전도성에도 작용하고 있다는 것을 말해주고 있다.
연구진은 미스무스 스트론튬 칼슘 구리 산화물, 즉 88K 아래의 온도에서 초전도성을 띠는 cuprate를 실험하였다. 첨단 STM을 이용하여 연구진은 전자쌍의 존재 유무와 결정 격자의 진동 유무와 같은 몇 가지 측정을 해낼 수 있었다. 이들 결과는 각각 전압이 증가할 때 전류 흐름의 ‘kink’로 나타나게 된다. 연구진은 결정 구조에 삽입되어 전자가 없는 ‘홀’을 만드는 다른 원소들의 도핑에 대해서도 동일하다는 것을 알아냈다 홀들은 결정 내에 자기장을 형성하기 때문에, 이것은 전자 쌍이 자기장 효과를 설명할 수 없다는 것을 뜻하는 것이라고 그들은 말했다. (ACB)

알루미늄 압출 막대 재료 고온에서 초전도 발현
富山大와 新日輕이 성공
富山大學의 池野進 교수 등 연구팀은 新日輕과 공동으로 고온에서 초전도 성능을 갖는 알루미늄의 압출 막대재료를 제작했다. 금속계 초전도에서 가장 높은 전이온도를 가진 2분화 마그네슘(MgB2)의 입자를 알루미늄에 섞은 복합재료로 실험에서는 2붕화마그네슘 입자만의 경우와 동등한 마이너스 236도-마이너스 234℃에서 초전도를 발현했다. 앞으로 양산화를 위하여 모터나 의료기기 등에 이용할 초전도 선재로서 실용화할 계획이다.
알루미늄을 기초로 한 복합재료를 제작할 경우, 섞는 재료가 알루미늄과 반응하거나 가공이 어렵거나 하는 등의 과제가 있다. 이번 연구는 알루미늄에 2붕화마그네슘 입자를 균일하게 분산시키는데 성공했다. 이로써 초전도 특성의 발현과 함께 압출가공 도중에도 갈라지지 않는 강도를 유지, 막대재료로 가공할 수 있었다. 현재, 실용화되어 있는 니오브(Nb)계 초전도 선재는 액체 헬륨을 이용하고 있는데, 사소한 온도변동에도 초전도 상태에 영향을 준다.
이에 대하 2붕화 마그네슘은 니오브계 재료에 비해 초전도 상태를 쉽게 만들어낼 수 있기 때문에 온도변동에 대한 안전성이 향상되었다. 이러한 특징으로 앞으로 용도가 넓어지리라는 기대가 높다. 단, 2붕화마그네슘 입자가 고가이기 때문에 양산화에 있어서는 원가 절감을 시야에 두면서 재료 만들기를 진행하고 가공기술도 연구할 필요가 있다. (NK)