초전도성과 고급 전도성 소재 분야의 획기적인 발전은 전력을 전송하고 전자 장치를 설계하는 방식을 크게 바꿔, 보다 효율적이고 소형화되고 잠재적으로 보다 친환경적인 기술로 나아가는 길을 열어줄 것입니다.
30K에서 구리가 없는 초전도체
싱가포르 국립대학교의 연구진은 구리를 사용하지 않고 일반 대기압에서 30K 이상에서도 작동하는 새로운 초전도 물질을 개발했습니다.
이는 해당 물질이 영하 243°C보다 높은 온도 에서 전기 저항이 0 임을 의미합니다 . 이는 초전도체 분야에서 상대적으로 "높은" 온도인데, 많은 초전도체는 절대 영도에 가까운 온도에서만 작동하기 때문입니다.
연구팀의 일원인 스티븐 린 얼 초우 박사는 "구리를 사용하지 않는 이 초전도 산화물은 추가 압축 없이도 해수면의 대기압 하에서 고온 초전도성을 보인다"고 설명했습니다.
초전도체는 저항 없이 전류를 전달하여 에너지 손실을 없앱니다. 초전도체의 잠재력은 무궁무진합니다. 전력망부터 자기부상열차, 양자 컴퓨터까지 활용될 수 있습니다. 하지만 지금까지는 대부분 값비싼 냉각 장치나 희귀 소재를 사용해야 했습니다. 비교적 높은 온도에서 작동하는 확장 가능하고 구리를 사용하지 않는 초전도체 기술은 비용을 절감하고 활용 범위를 확대할 수 있습니다.
싱가포르 연구팀은 또한 구리 기반 화합물을 넘어 더욱 실용적인 초전도체를 찾기 위한 탐색 범위를 넓혀 새로운 초전도 물질을 식별하기 위한 이론적 틀을 개발했습니다.
니오븀 인화물: 구리의 나노 크기 도전자
한편, 스탠퍼드 대학교 연구진은 나노 전자 기기에서 구리를 대체할 유력한 후보 물질로 니오븀 인화물을 확인했습니다 . 기기가 소형화됨에 따라 구리는 효율이 떨어지지만, 니오븀 인화물은 초박막층에서도 전도성을 유지합니다.
이는 마이크로칩부터 고속 데이터 전송까지 모든 것에 중요합니다. 스탠퍼드 연구 결과를 보고한 제이슨 디건은 이 소재의 열 감소 잠재력이 기술 산업의 가장 큰 병목 현상 중 하나인 점점 더 소형화되는 기기의 열 관리 문제를 해결할 수 있을 것이라고 언급했습니다.
또한 제조상의 이점을 제공합니다. 많은 대안과 달리, 니오븀 인화물은 대대적인 재설계 없이 기존 공정에 통합될 수 있습니다.
실제 영향
두 물질의 의미는 연구실의 범위를 훌쩍 넘어선다.
고온 초전도체는 장거리 무손실 전력 전송을 지원하여 전력망 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있습니다. 또한 교통 및 데이터 인프라에서 에너지 낭비를 줄이는 데에도 기여할 수 있습니다.
동시에, 니오븀 인화물과 같은 개선된 나노 규모 전도체는 더 시원하고 빠르며 소형화된 전자 장치를 가능하게 하여 모바일 기기부터 데이터 센터에 이르기까지 모든 것을 향상시킬 수 있습니다.
American Superconductor Corporation(AMSC)과 같은 기업들은 이미 이러한 기술 개발에 주목하고 있습니다. AMSC는 전력망 및 군용 등급의 초전도 시스템을 개발하고 있으며, 재료 과학 분야의 획기적인 발전 가속화로 인한 수혜를 누릴 수 있는 유리한 입지를 갖추고 있습니다.
앞서가는 길
이러한 소재의 확장 및 상용화에는 여전히 어려움이 남아 있지만, 발견의 속도는 점점 빨라지고 있습니다. 한때 이론에 불과했던 것들이 이제 현실 세계에 적용될 단계에 한 걸음 더 다가가고 있습니다.
초전도성이 이국적인 조건에 덜 의존하게 되고 구리 대체재가 더욱 실행 가능해짐에 따라, 글로벌 에너지와 전자 분야는 효율성, 회복력, 지속 가능성이 함께 고려되는 큰 변화를 맞이하게 될지도 모릅니다.
