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초고속 슈퍼 컴퓨터, 마이크로파 통신, 뇌파측정장치 등 개발에 사용되는 세계 최고 성능의 초전도 박막 제조가 지역대학 연구팀에 의해 성공, 학계에 비상한 관심을 모으고 있다.

과학기술부 창의사업 연구단인 포항공대 초전도연구단의 이성익(49)-강원남(40) 교수(물리학과)는 마그네슘(Mg)과 붕소(B,보론)를 혼합한 화합물을 이용, 절대온도 39K(영하 234도)에서 초전도 기능을 지닌 MgB2(마그네슘 다이보라이드 또는 이붕소 마그네슘) 박막을 세계 최초로 제조하는 개가를 올려 이 박막 제조법을 미국·일본·유럽 등에 특허를 출원할 계획이다.

포항공대 연구단의 이 같은 연구결과를 미국에서 발행하는 세계적 과학저널인 '사이언스'(Science)지가 지난 13일 이례적으로 세계 주요 언론을 상대로 기자회견을 통해 발표했다.

'사이언스'측은 이날 "이번에 제조된 초전도 박막은 저항 없이 막대한 전류를 통할 수 있을 뿐 아니라 그 전이온도 또한 세계 최고임을 자랑하고 있으며 이 온도라면 엑체헬륨을 사용하지 않고도 특수 제작된 저온 냉동장치에서 초전도가 형성될 수 있어 다양한 응용이 예상된다"고 발표했다.

초전도현상은 일정한 조건에서 전기가 흐를 때 저항이 영(0옴)이 되는 것을 말한다. 이는 지금까지 23K에서 초전도 상태가 되는 금속 초전도체를 이용하여 뇌파를 측정하는 뇌지도 자석 제작 등에 적용해 왔으나 냉각비용이 많이 들고 상태 유지가 어려워 과학자들은 좀 더 높은 온도에서 초전도성을 보이는 금속을 개발하는데 심혈을 기울여 왔다.

포항공대 연구단이 박막재료로 사용한 MgB2는 마그네슘과 붕소(보론)를 혼합한 화합물로 지난 1월 일본 아오야마 가쿠인대학의 아키미쓰 준 박사 연구팀이 이 물질은 39K에서 초전도현상을 보인다는 사실을 발견한 바 있다.

그러나 미국과 일본 정부는 바로 MgB2를 전략적 물질로 분류, 수출금지 조치를 가해 세계 물리학계는 이 물질을 활용한 박막과 도선 제작에 총력을 기울여 왔다.

포항공대 연구단은 지난 1월 이 연구에 착수, 1월말 정창욱(32) 박사가 섭씨850~1000도, 기압 3만atm에서 'MgB2 고온 고압 시료'를 합성하는데 성공, 세계를 놀라게 했다. 이어 연구단이 2월초 박막제조 연구에 들어갈 당시 미국·일본·유럽에서는 수백개의 국립연구소와 기업연구소가 초전도 응용의 기본인 초전도 박막화를 위한 연구에 돌입했으나 결국 포항공대 초전도연구단이 세계 최초·최고 성능의 MgB2(Tc=39K) 박막 제조에 성공하는 기염을 토했다.

이 새로운 초전도 박막은 마이크로파를 이용한 무선통신 기지국은 물론, 위성간의 장거리 통신 구축망의 핵심 부품으로 쓰이는 등 다양한 분야에 응용이 본격화될 것으로 예상된다. 특히 마이크로파 소자들을 이용한 이 부품이 우주공간에서 사용될 경우 우리나라가 절대적으로 유리한 위치를 선점할 것으로 기대된다.

이 박막을 이용, 초전도 컴퓨터의 기본 부품인 조셉슨 소자 개발을 위해 국내 연구진과 이미 공동연구에 착수한 포항공대 연구단은 이 부품을 이용하면 환부를 개봉하지 않고도 뇌파나 심장상태를 알아낼 수 있는 초전도 양자 간섭소자를 부산물로 제조할 수 있다고 밝혔다.

특히 연구단이 개발한 초전도 박막은 두께가 500-1000옹스트롬(1옹스트롬은 1억분의 1cm) 밖에 되지 않아 이를 응용한 전자소자 개발에 결정적인 역할을 할 것으로 보인다.

이성익 교수는 "선진국들이 피나는 노력을 하고 있으나 아직까지 우리가 만들어낸 박막과 유사한 박막제조에는 성공하지 못한데다 이 박막제조 비법을 파악하는 데도 상당한 시일이 걸릴 것으로 예상되는 만큼 이 기간동안 새로운 연구를 수행해 선진국과의 연구격차를 더욱 벌여 나가겠다"며 "현재 미국·유럽 등지의 연구소를 비롯, 국내 유수 대학·연구소에서 공동연구를 제의해온 상태여서 상당한 진전이 이뤄지고 있다"고 말했다.

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