세계 최초 실용 초전도 박막 개발포항공대 연구진 개가, 세계가 주목

포항공대 연구진이 초고속 슈퍼 컴퓨터, 마이크로파 통신, 뇌파측정장치 등의 개발에 쓰일 수 있는 세계 최고의 마그네슘 다이보라이드 또는 이붕소 마그네슘 (MgB2) 초전도 박막 제작에 성공하는 개가를 올렸다.

포항공대 초전도연구단의 이성익(49.물리학과)·강원남(40, 〃) 교수는 절대온도39K(영하 234도)에서 초전도 기능을 지닌 마그네슘 다이보라이드(MgB2) 박막을 세계 최초로 제조하는 데 성공했다고 13일 발표했다.

미국에서 발행되는 세계적 과학저널인 「사이언스」(Science)는 4월 13일 오전 2시(한국시간) 세계 주요 언론을 상대로 한 특별 기자회견에서 포항공대 연구진의성과를 발표하고 13일자 사이언스잡지에 대대적으로 소개했다.

이번에 제조된 초전도 박막은 저항 없이 막대한 전류를 통할 수 있을 뿐 아니라, 그 전이온도 또한 세계 최고임을 자랑하고 있다.

이 온도라면 액체헬륨을 사용하지 않고도 특수 제작된 저온 냉동장치에서 초전도가 형성될 수 있어 다양한 분야에 엄청난 응용효과가 기대된다는게 연구진의 설명이다.

초전도현상은 일정한 조건에서 전기가 흐를 때 저항이 영(0옴)이 되는 것을 말하며 지금까지는 23K에서 초전도 상태가 되는 금속 초전도체를 이용하여 뇌파를 측정하는 뇌지도 자석 제작 등에 활용됐으나, 냉각비용이 많이 들고 상태 유지가 어려워 각국의 과학자들은 좀더 높은 온도에서 초전도성을 보이는 금속을 개발하는데 심혈을 기울여왔다.

연구단이 박막재료로 사용한 MgB2는 마그네슘과 붕소(보론)를 혼합한 화합물로, 금년 1월 일본 아오야마 가쿠인대학의 아키미쓰 준 박사 연구팀이 이 물질은 39K에서 초전도현상이 보인다는 사실을 발견했다.

이후 미국과 일본 정부는 바로 MgB2를 전략적 물질로 분류해 수출 금지 조치를 취했으며, 세계 물리학계는 이 물질을 활용한 박막과 도선 제작을 누가 먼저하느냐는것을 두고 치열한 경쟁을 벌여왔다.

금년 1월 이 연구에 뛰어든 연구진은 같은달말 연구팀원인 정창욱(32) 박사가 섭씨850~1000도, 3만 기압 하에서 「MgB2 고온 고압 시료」를 세계 최초로 합성하는데 성공해 세계를 놀라게 했다.

이어 연구진은 2월 초 곧바로 박막 제조 연구에 들어가 초전도 박막연구에 돌입한 미국·일본·유럽 등에 있는 수백개의 국립연구소와 기업 연구소를 제치고 세계 최초·최고의 MgB2(Tc=39K) 박막 제조에 성공, 최후의 승자가 됐다.

새로운 초전도 박막은 마이크로파를 이용한 무선통신 기지국의 주요 부품으로 가장 먼저 사용될 전망이고 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.

기술보호를 위해 이번에 개발한 초전도 박막 제조 비법을 미국·일본·유럽 등에 특허를 출원한 연구진은 개발한 박막을 이용, 초전도 컴퓨터의 기본 부품인 조셉슨 소자 개발에 국내 연구진과 공동으로 이미 연구에 착수했다.

조셉슨 소자를 이용하면 뇌파나 심장상태를 환부의 개봉 없이도 알아낼 수 있는 초전도 양자 간섭소자를 부산물로 제조할 수 있다. 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 『선진 각국 연구자들이 피나는 노력을 하고 있으나 아직까지 우리가 만들어낸 박막과 유사한 박막을 제조하는데는 아무도 성공하지 못했으며 앞으로 이같은 박막제조 기술을 파악하는 데도 상당한 시일이 걸릴 것으로 예상된다』고 말했다.

이교수는 선진국이 따라올동안 새로운 연구를 수행해 연구격차를 더욱 벌여나갈 작정인데 현재 미국·유럽 등지의 연구소를 비롯 국내 유수 대학·연구소에서 공동연구를 제의해와 상당한 진전이 이뤄지고 있다』고 말했다.

포항.정상호기자 falcon@imaeil.com.