기초과학연구원(IBS)은 이진호 강상관계물질연구단 연구위원(서울대 물리천문학부 교수)의 연구팀이 고온에서의 초전도체 작동하는 원리로 알려진 ‘쿠퍼쌍 밀도파’를 원자단위로 관측하는 데 성공했다고 13일 밝혔다. 이번 연구는 미국 코넬대학교 연구진과 공동으로 이뤄졌다.
쿠퍼쌍이란 2개의 전자가 쌍을 이뤄 마치 하나의 입자처럼 행동하는 현상을 뜻한다. 일반적으로 최저 240도에 육박하는 임계온도 상태에 놓인 저온 초전도체에선 쿠퍼쌍이 균일하게 분포하지만 일반적인 초전도체보다 높은 임계 온도(최고 영하 143도)에선 불균일하게 분포한다. 이 연구위원팀은 물질의 원자구조까지 관찰할 수는 주사터널링현미경과 조셉슨효과를 이용해 최초로 고온 초전도체내 쿠퍼쌍의 공간 분포를 원자 수준의 해상도로 측정하는 성과를 거뒀다고 IBS는 소개했다. 조셉슨효과란 2개의 초전도체가 근접해 ‘초전도체-부도체(진공)-초전도체’의 접합을 형성할 때 두 초전도체간 쿠퍼 전자쌍이 깨어지지 않고 터널링해 전류가 흐르도록 하는 현상이다.
이 연구위원은 “쿠퍼쌍을 직접 측정하는 새로운 실험 기법을 개발해 고온 초전도 연구에 돌파구를 제시했다”며 “고온 초전도 현상을 더 잘 이해하게 된다면 더 높은 임계온도를 갖는 상온 초전도체를 찾고, 이를 이용한 자기부상 설비와 전력손실이 없는 송전설비 등이 가능해질 것”이라고 밝혔다. 이번 연구결과는 과학분야의 저명한 학술지 ‘네이처’(Nature)’의 14일자 온라인판에 실렸다. /민병권기자 newsroom@sedaily.co.kr