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Jul 11, 2023

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게스트 에세이

앤드류 코트

Cote 씨는 응집 물질 물리학 실험실과 입자 가속기에서 초전도체를 다루었으며 핵융합을 위한 초전도 자석 시스템을 설계한 공학 물리학자입니다.

지난 3주 동안 재료 과학의 성배에 대한 새로운 후보, 즉 상온에서 작동하는 초전도체의 극적인 상승과 하락을 목격했습니다. 지난 7월 22일, 한국의 한 연구팀은 LK-99라는 화합물에 대한 연구 결과를 보고하면서 이 발견이 “인류의 새로운 시대를 여는” “새로운 역사적 순간”이라고 주장했습니다. 떠들썩한 온라인 물리학 토론과 속사포 같은 출판물이 뒤따랐지만 2주 후에는 무산되었습니다. LK-99는 파산한 것 같았습니다.

LK-99를 둘러싼 대중의 관심은 과학적 현상인 동시에 사회적 현상이기도 했다. 게시판, 그룹 채팅, Reddit 및 이전에 Twitter로 알려진 앱인 X에 대한 엄청난 양의 온라인 토론은 한국 팀의 주장을 복제하거나 반박하기 위해 시뮬레이션과 실험을 실행하기 시작한 연구 과학자들의 관심을 끌었습니다. 잠시 동안, 초전도성을 처음 접하는 많은 청중은 재료 과학의 틈새 분야에 갑자기 매력을 느꼈고, 거의 들어보지 못했지만 심오한 질문에 대한 답을 찾고 있었습니다. 인류는 이제 막 새로운 황금 시대에 진입했습니까?

전력이 송전선을 통해 흐를 때마다 일부는 자연 법칙에 의해 부과되는 보편적인 세금인 폐열로 손실됩니다. 초전도체의 기적적인 잠재력은 완벽한 효율성으로 장거리에 걸쳐 전기를 운반한다는 것입니다. 만약 우리가 그것들을 저렴하게 제조하고 영하 수백 도가 아닌 상온에서 작동하게 만드는 방법을 알아낸다면, 그것은 우리 경제에 혁명을 일으키고 환경을 보호하는 데 도움이 될 것입니다. 초전도체는 또한 강력한 자기장과 공중 부양과 같은 업적을 달성하여 전자 장치, 컴퓨터 및 운송 수단의 새로운 범주를 가능하게 합니다.

불행하게도 현재 초전도로 알려진 최고 온도 물질은 -10도에서만 작동하며 약 190만 기압의 압력을 가해야 합니다. 주변 압력에서 초전도 물질을 사용하려면 약 -150도 이하의 온도가 필요하므로 의료 영상 및 실험 물리학과 같이 극저온 공학이 가치가 있는 응용 분야로만 사용이 제한됩니다.

실온을 향한 탐구

초전도체

최근 수십 년 동안 과학자들은 점점 더 높은 온도에서 초전도하는 물질을 발견했습니다.

100°F

실온

0

최고 온도의 초전도체 대부분은 작동하기 위해 100,000에서 수백만 기압의 극한 압력을 필요로 합니다.

-100

-200

-300

액체 질소

-400

액체수소

1940년

1960년

1980년

2000

2020

상온 초전도체를 향한 탐구

최근 수십 년 동안 과학자들은 점점 더 높은 온도에서 초전도하는 물질을 발견했습니다.

100°F

실온

0

최고 온도의 초전도체 대부분은 작동하기 위해 100,000에서 수백만 기압의 극한 압력을 필요로 합니다.

-100

-200

-300

액체 질소

-400

액체수소

1940년

1960년

1980년

2000

2020

출처: Olivier Gingras(2021), Pia Jensen Ray(2015)의 논문을 바탕으로 함.

Sara Chodosh의 그래픽.

이러한 특성은 전자가 일반적인 금속을 통해 이동하는 것과 다르게 초전도체를 통해 이동하는 방식으로 초전도체에서 가능해집니다. 구리 및 기타 전기 전도성 물질에서 전류 공이 Plinko 기계 상단으로 떨어지면서 말뚝에 걸려 아래로 튕겨지는 것을 상상해 보십시오. 각각의 바운스는 공에서 페그로 약간의 에너지를 전달합니다. 이것이 바로 열세입니다. 초전도체에서는 전류의 공이 트랙을 따라 움직이는 구슬처럼 부드럽게 미끄러집니다. 열도 없고 에너지 손실도 없습니다.