MgB2 초전도체란?

마그네슘 다이보라이드, 이보론 마그네슘, 이붕소 마그네슘 등으로 불리는 이 물질은 1953년에 개발된 이후 40여년이 넘도록 쓰여져 왔으나, 초전도 현상이 있다는 사실은 금년 1월에서야 밝혀졌다.

MgB2 는 화학회사에서 순수 보론을 만들기 위해 쓰던 물질로서 수 Kg 정도는 쉽게 공급받을 수 있던 물질이었다. 이 흔한 물질에서 이제까지 발견된 금속계 초전도체 중 초전도 전이온도가 가장 높았던 Nb3Sn 보다도 15K가 더 높은 절대온도 39K에서 초전도성이 나타났다는 것에 대해 과학자들은 놀라움을 감추지 못하고 있다.

절대온도 140K까지 올라간 초전도체가 발견된지 8년이 지난 지금 절대온도 39K인 이 물질에 대해 세상 사람들이 놀라는 이유는 뭘까.

그특징은 첫째, 1972년에 노벨상을 받은 BCS(Bardeen, Cooper, Schriffer)이론을 되새겨 보면 알 수가 있다. 이 이론에 의하면 초전도는 절대온도 30K를 넘지 못할 것으로 생각되었는데, MgB2 는 BCS이론을 만족하면서 이 한계를 뛰어넘었다는 것이다.

둘째, 이 물질은 구조가 간단하며 화학적으로 매우 안정되어 있고, 지상에도 풍부하게 저장되어 있을 뿐 아니라 바닷물에도 많은 양이 들어 있어 공급도 원활하다는 것이다. 또 고온초전도의 복잡한 제조과정, 분자모양, 상대적으로 어려운 원료공급, 그리고 외부환경에 의한 초전도성의 저하 등의 문제점이 거의 없다. 고온초전도의 까다로운 여러 성질을 동시에 해결할 수가 있다는 장점을 갖추고있다.

셋째, 이 물질은 재래식 초전도물질보다 초전도 전이온도가 매우 높다는 것이다. 이 정도의 온도라면 액체헬륨을 쓰지 않고 단순한 전기 냉장고로도 충분히 온도를 낮출 수 있기 때문에 그 응용이 무궁무진하다.

넷째, 이 물질은 현존하는 어떤 초전도체 보다도 초전도 전류를 많이 흘릴 수 있는 장점이 있다는 것이 최근 알려지고 있다. 예를 들면 서울 시에서 쓰는 모든 전기를 지름 1cm의 전선으로 운송할 수 있다.

다섯째, 앞으로 알려질 새로운 사실에 대한 기대감이다. 본격적인 연구가 시작된 지 두 달 밖에 지나지 않은 상태에서 밝혀진 이 초전도체의 비밀은 빙산의 일각이고, 앞으로 새롭게 밝혀질 성질은 엄청날 것이기 때문에 이 물질의 응용 가능성이 얼마나 될지는 아무도 예측할 수가 없다는 것이다. 현재에도 마이크로파를 이용한 통신, 초전도 디지털 소자로의 응용 가능성이 예측되고 있고, 무엇보다도 이 물질은 여러 면에서 금속의 성질을 가지고 있기 때문에 이제까지의 고온초전도체가 갖고 있던 여러 약점을 극복할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 전선(電線)화가 어렵지 않게 이루어질 수 있으며, 이 물질의 연구가 하루가 다르게 계속 향상되고 있어, 다른 초전도 응용도 가까운 미래에 이루어 질것으로 예측되고 있다.