| 복단대학 고온초전도체의 배합대칭성 원리를 뒤집는 전자구조발견 | ||
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 최근 복단대학 물리학부 응용물리표면물리 국가지정중점실험실 및 선진재료실험실의 펑둥라이(封東來)교수가 이끄는 과제팀이 고온 초전도체의 기이한 전자구조를 발견하고 기존의 고온초전도체의 배합대칭성 원리를 뒤집어서 세계적인 주목을 받고 있다. 펑교수팀은 각분해 광전자분광기를 응용해 2010년말에 발견한 신규 철베이스 고온초전도체 KxFe2Se2의 완벽한 전자구조의 원리를 가장 먼저 밝혔고 또한 등방성의 S파 매칭 대칭성도 측정하였다. 이 연구성과는 국제 과학저널 ‘네이처 머티리얼즈(Nature Materials)’ 2월 27일자 온라인판에 발표되었다. 초전도재료는 절대영도에 접근해야 저항이 0으로 변하기에 실제응용시에는 냉동 등의 문제에 부딪히게 된다. 하지만 고온초전도재료는 온도가 160K 거나 혹은 -113℃에서도 제로저항의 초전도상태에 도달할 수 있어서 현대 초전도연구의 인기과제가 되었다. 펑교수는 ‘초전도 메커니즘연구의 관건은 바로 그 전자의 배합 대칭성을 연구하는 것이다.’며 이러한 재료의 전자구조는 기존의 철베이스 초전도체와는 완전히 다른데 전체 피르미면에는 홀이 없고 전자만 존재한다고 주장하였다. 이는 KxFe2Se2 배합메커니즘 및 초전도 대칭성에 대해 모두 기타 기존의 철베이스 초전도체와는 다름을 의미하는데, 과거의 모든 철베이스 초전도이론은 모두 S음양파 배합의 대칭성을 구축한 것으로 현재 실험을 통해 얻은 KxFe2Se2는 S 음양파 배합대칭성이 아니라 S파 배합대칭성이기에 과거에 예측했던 철베이스초전도체의 일반그래픽을 완전히 전복시킬 가능성이 있다. 전 세계의 고온 초전도연구팀이 새로운 고온초전도재료를 발견하기 위해 노력을 기울이고 있는 배경에서 실온 초전도체를 개발하는 것은 의의가 크다고 펑둥라이가 밝혔다. 실온초전도체는 재료가 실온에서 초전도기능을 갖출 수 있다. 현재 최고의 고온초전도체는 과학자가 1986년에 발견한 동산화물 고온초전도체로, 이를 초전도체로 전환하는 온도는 -113℃이다 하지만 지금까지 동산화물의 초전도메커니즘은 여전히 파악하지 못했으며 실온과도 거리가 멀다. 2008년에 발견된 철베이스 초전도 화합물은 현재 초전도 임계온도가 최고로 -217℃이다. 펑교수는 ‘2008년부터 지금까지 철베이스 초전도체의 임계온도는 높이지 못하였으나 새로운 연구결과로부터 철베이스 초전도체는 기존의 추측했던 배합메커니즘이 아님을 나타내었다. 향후 새로운 배합메커니즘 차원에서 이론연구를 통해 접근한다면 보다 높은 온도의 철베이스 고온초전도체를 찾아내는데에 새로운 실마리를 제공할 수 있을 것이다.’라고 낙관했다. 올해는 인류가 초전도현상을 발견한지 백주년이 되는 해이다. 펑교수의 이번 발견이 향후 초전도체 연구에 새로운 계기가 될지 귀추가 주목된다. 정보출처 : 과학시보 |
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