국내 연구진이 약 30도의 상온에서 전기 저항이 사라지는 초전도(超傳導)성 물질을 찾았다는 연구 결과를 논문 사전공개 사이트 ‘아카이브’에 공개했다. 상온 초전도체 기술은 상용화만 되면 전기 손실이 없는 초고효율 전력망과 손바닥만한 양자 컴퓨터를 실현할 ‘꿈의 물질’로 평가된다. 전세계의 수많은 연구자들이 개발에 뛰어들었지만 상온 초전도체를 제대로 구현했다고 평가받는 사례는 없다.
만에 하나 한국 연구진의 연구가 사실로 인정되면 세계 과학계를 깜짝 놀라게 할 만한 연구 성과다. 하지만 주요한 연구 성과를 정식 학술지가 아닌 논문 사전공개 사이트에 올린 것과 관련해 국내외 과학계에선 의구심이 커지고 있다. 중요한 과학적 발견은 동료 연구자들의 엄중한 검증을 거치는 게 당연한 수순이지만 이번 연구 성과는 이런 과정을 생략했기 때문이다.
27일 과학기술계에 따르면 이석배 퀀텀에너지연구소 대표와 오근호 한양대 명예교수가 이끄는 연구진이 지난 22일 논문 사전공개 사이트인 ‘아카이브’에 상온상압에서 초전도성을 갖는 물질을 세계 최초로 만들었다는 논문을 발표했다.
연구진은 납을 이용해 상온에서도 초전도성을 가지는 물질을 만들었다고 주장했다. 인산구리를 925도의 고온에서 10시간 구워 얻은 물질을 산화납, 황산화납과 섞어 다시 725도에서 24시간 반응시켰다. 그 결과 납을 기반으로 하는 아파타이트라는 구조가 만들어졌다. 아파타이트 구조는 육각 기둥의 모양으로 원자가 배열이 반복된 형태다.
이렇게 만들어진 납-아파타이트 구조는 비대칭적인 형태를 보였다. 아파타이트 구조는 납 원자 10개로만 만들어지면 대칭 구조를 갖는데, 일부 원자가 구리로 바뀌면서 형태가 일그러진 것이다. 그 결과 부피가 0.48%가 줄며 수축이 일어났고, 그 결과로 초전도 현상이 나타났다고 연구진은 설명했다.
연구진은 더 나아가서 30도의 상온에서도 납-아파타이트 구조의 초전도성이 나타났다고 주장했다. 자기장과 열용량을 바탕으로 초전도성이 유지되는 임계 온도를 측정한 결과 127도에 이른다고 분석했다. 연구진은 “미세하게 왜곡된 구조가 상온·상압에서 초전도성을 유지하는 가장 중요한 요소”라고 말했다. 연구진은 이렇게 만들어진 초전도성 물질에 ‘LK-99′이라는 이름을 붙였다. 이번에 발표된 2개 논문 중 하나에는 전 한국전자통신연구원(ETRI) 책임연구원 출신인 김현탁 미국 버지니아 윌리엄 앤메리대 교수도 참여한 것으로 나타났다.
이들 연구진의 주장이 사실이라면 과학기술의 일대 혁신을 가져올 수 있는 발견에 해당한다. 초전도 현상은 그동안 극저온이나 고압의 극한 환경에서만 발견됐다. 초전도 현상은 1911년 절대온도 0도에 가까운 영하 270도의 저온 환경에서 처음 관찰됐다.
이후 수많은 연구진이 상온 상태에서 초전도현상을 발견하기 위해 연구를 했지만 번번이 실패하다가 미국 로체스터대의 랑가 다이어스 교수 연구진이 2020년 국제학술지 ‘네이처’에 상온 초전도 현상을 발견했다는 연구 결과를 발표하면서 큰 기대를 모았다. 하지만 이들 연구진은 실험 자료를 임의로 수정한 정황이 발견되면서 네이처가 논문을 철회한 적이 있다. 다이어스 교수 연구진은 올해 3월에도 루테튬과 수소, 질소로 상온 초전도체를 만들었다며 논문을 다시 냈지만, 과학계에서는 한 번 논문을 조작한 다이어스 교수 연구진의 주장에 의구심을 품고 있다. 이런 가운데 국내 연구진이 갑자기 상온 초전도체를 세계 최초로 발견했다는 논문을 발표한 것이다.
하지만 다이어스 교수 연구진을 경험한 과학계는 신중한 모습이다. 이 소식을 전한 해외 과학 전문매체인 뉴사이언티스트도 “이들의 주장이 과학적 검증을 거쳐 사실로 밝혀진다면 정말 대단한 연구 성과이기 때문에, 이들의 입증 책임이 그만큼 막중하다”며 “초전도의 돌파구를 찾는 이전의 논문들이 나중에 철회되기도 하고 다른 팀이 결과를 재현하는데 실패한 사례들이 있다는 걸 기억해야 한다”고 밝혔다.
논문을 살펴본 국내외 전문가들의 반응도 의구심이 많다. 수재너 스펠러 영국 옥스퍼드대 재료과학과 교수는 “초전도성을 입증하기 위해서는 여러 측정값을 통해 확인해야 하지만, 이번 연구에서는 설득력이 다소 떨어진다”며 “특히 자기장과 열용량 수치는 아직 입증되지 않았다”고 지적했다.
강병원 충북대 물리학과 교수도 “초전도체 분야에서 연구 진위성에 대한 논란이 있었던 만큼 다른 연구자가 실험 결과를 재현하기 전까지는 결론을 내리기 어렵다”며 “최근 초전도성을 나타내는 압력을 크게 낮췄다는 연구 결과들이 나오고 있지만, 이마저도 입증이 안되고 있는 상황”이라고 말했다.
연구 성과가 가진 파급력에 비해 논문이 부실하다는 지적도 나왔다. 특히 상온 초전도성이 아직 입증되지 않은 상황에서 논문에 ‘세계 최초’라는 단어를 사용했지만 정작 데이터는 부실하다는 것이다.
원병묵 성균관대 신소재공학부 교수는 “과학자의 관점에서 봤을 때 논문 전체의 완성도가 떨어져 연구의 진위가 우려되는 것은 사실”이라며 “연구의 진위성은 다른 과학자들을 통해 입증해야 하지만, 논문이 가진 파급력을 고려했을 때 더 충실한 데이터와 신중한 단어를 사용했어야 한다”고 말했다. 엄밀하고 제한적인 표현을 강조하는 논문에 세계 최초라는 홍보성 문구를 쓰는 이유에 대해 의아해 하는 지적도 나온다.
이에 대해 연구진은 앞으로 충분한 데이터를 통해 검증을 받겠다는 입장이다. 연구를 주도한 이석배 퀀텀에너지연구소 대표는 27일 오전 조선비즈와 만나 “2020년에 처음 연구 결과를 네이처에 제출했지만 다이어스 교수 사태 때문에 네이처가 논문 게재를 부담스러워했고, 다른 전문 학술지에 먼저 게재할 것을 요구했다”며 “국내 학술지에 먼저 올려서 국내 전문가의 검증을 받고 사전공개 사이트인 아카이브에 올린 것”이라고 말했다. 이 대표는 지난 23일 국제 학술지인 ‘ALP 머터리얼즈’에도 논문을 제출했다고 덧붙였다. 세계적인 물리학 저널에 인정을 받겠다는 설명이다.
이 대표는 “우리는 연구기관이 아니라 기업이다보니 기술개발의 결과물로 특허를 내고 수익도 내야 하는데, 네이처나 사이언스는 너무 시간이 오래 걸려서 조금 더 논문을 내기 쉬운 루트를 선택한 것뿐”이라며 “지금은 작고한 최동식 고려대 화학과 교수와 함께 1990년대 중반부터 상온 초전도체 구현을 위해 20년에 걸쳐 연구와 실험을 진행했다”고 말했다. 이 대표는 상압상온 초전도체에 대한 특허도 출원했다고 밝혔다.
그는 “이번 연구 결과를 보고 해외 유명 대학에서 함께 연구를 진행하자는 연락이 계속 오고 있다”고 밝혔다.
참고자료
Arxiv, DOI : https://doi.org/10.48550/arXiv.2307.12008