철 기반 초전도체, 상용화 가능성 열려… UC 어바인 연구팀, 핵심 메커니즘 규명

미국 캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스 연구팀이 철 기반 물질의 초전도성을 향상시키는 핵심 메커니즘을 밝혀냈다고 과학 전문매체 PHYS가 5일(현지 시각) 보도했다.

이번 연구는 상온 초전도체 개발에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대되며, 세계적인 학술지 '네이처' 최신 호에 게재되었다.

보도에 따르면 UC 어바인 재료 연구소의 첨단 분광 장비를 활용해 철 셀레나이드(FeSe) 초박막에서 원자 진동을 시각화하는 데 성공한 연구팀은 열에너지를 전달하는 준입자인 포논과 전자의 상호작용을 관찰했다. 이를 통해 포논과 전자의 강력한 결합이 초전도성을 향상시키는 핵심 요인임을 규명했다.

이번 연구를 이끈 UC 어바인 재료과학 및 공학과의 팬 샤오칭 교수는 "이번 연구에서 관찰된 포논은 계면에서 전자와 강하게 결합하며, 이러한 결합이 초박막 FeSe의 초전도 전이 온도를 높이는 메커니즘을 제공한다"고 설명했다.

FeSe는 철 기반 초전도체 중에서도 높은 초전도 전이 온도(약 -173℃)를 갖는 물질로 알려져 있다. 연구팀은 이번 연구를 통해 FeSe의 초전도 전이 온도를 더욱 높일 수 있는 가능성을 확인했다. 특히 FeSe와 기판 사이의 계면 균일성이 높을수록 초전도성이 더 높은 온도에서 나타나는 것을 발견했다.


이번 연구는 초전도체의 작동 원리를 원자 수준에서 규명했다는 점에서 큰 의미를 갖는다.

보도에 따르면 UC 어바인 물리학과의 루치안 우 교수는 "이론적 분석과 실험적 관찰의 결합을 통해 초전도 전이 온도 향상에 대한 개별 원자의 기여를 정확하게 파악할 수 있었다"며 "이는 이질 계면에서의 초전도 현상에 대한 이해를 심화하는 데 기여할 것"이라고 강조했다.

팬 교수는 이번 연구 결과가 양자 컴퓨터, 자기 부상 열차, 의료 진단 장비 등 다양한 분야에서 초전도체의 활용 가능성을 더욱 확대할 것으로 기대했다. 그는 "초전도체의 상용화를 위한 중요한 단계를 밟았다"며 "후속 연구를 통해 더 높은 온도에서 작동하는 초전도체를 개발하고, 실생활에 적용 가능한 기술을 구현할 수 있도록 노력할 것"이라고 밝혔다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com