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고온 초전도체 비밀 알아낸 물리학자

탁상 크기의 주사형 터널링 현미경으로 개별 원자 추적해 예상치 못한 현상 발견

20년 묵은 물리학의 의문을 해결하려면 천재성이 필요하다. 하지만 고온 초전도체에 대한 기존 이론을 완전히 뒤집은 물리학자 알리 야즈다니는 자신이 결코 똑똑하지 않다고 여긴다. 그는 다만 자신이 적절한 도구를 만들었을 뿐이라고 생각한다.

야즈다니는 14세 때 혁명전의 이란에서 TV 수리를 배우며 직업생활을 시작했다. 하지만 미국으로 이민한 후 양자역학을 배우면서 과학에 흥미를 가지게 됐다.

현재 그가 만든 탁상 크기의 주사형 터널링 현미경은 표본을 절대영도로 냉각한 후 거의 완벽한 진공상태 속에 봉인하고, 모든 외부의 소음과 진동으로부터 차단한다. 지진과 자동차 소음은 물론 휴대폰 진동도 모두 차단한다. 그 결과 그는 하나의 원자를 수개월 동안이나 추적할 수 있었다.

현재 야즈다니의 관심은 특이한 종류의 초전도체에 있다. 초전도체란 저항 없이 전기를 통과시키는 소재다. 대개의 초전도체는 영하 240℃ 이하에서만 작동한다. 따라서 실용성이 없다. 일부 초전도체는 더 높은 온도에서 작동하기도 하지만 그래봤자 질소가 액체 상태로 존재할 정도의 온도인 영하 183℃다.

하지만 과학자들은 그 원리를 알 수 없었다. 그래서 야즈다니는 고온 초전도체를 번갈아가며 가열, 냉각시키면서 그 속의 개별 원자를 추적했다. 그는 초전도체에 전기가 들어왔다 나갔다 할 때마다 전이가 일어나는 것을 보았다.

그러다가 그는 기존 이론의 몇 가지 결함을 발견했다. 그리고 예상치 못한 현상도 하나 발견했다. 바로 정상적인 전이 온도보다 훨씬 높은 온도에서 초전도체에 작은 열점(hotspot)이 나타나는 것이다.



“이전에 아무도 발견하지 못하던 것을 발견해 낸 것은 인류에 대한 공헌입니다.”

독일 아우그스부르그 대학의 물리학자 요헨 만하르트에 의하면 이 같은 현상을 이용해 신소재를 개발할 수 있다고 한다. 만하르트는 “상온에서도 작동 가능한 초전도체를 만드는데 그의 연구는 대단히 중요하다”고 말했다.

야즈다니는 초전도 전기배선 등 이번 발견을 응용할 수 있는 분야에 대해 어쩔 수 없이 입을 열었다. 현재 대부분의 고온 초전도체는 도자기에 사용되는 세라믹이다. 하지만 세라믹으로 전기배선을 만들면 쉽게 부서진다.

이같은 점을 감안하면 야즈다니의 발견은 새로운 초전도 전기배선 등 신소재 개발로 이어질 공산이 크다. 하지만 그는 자신의 도구로 이 같은 발견을 해낸 것에 놀라지는 않는다. 그는 “이전에 아무도 발견하지 못하던 것을 발견해 낸 것은 인류에 대한 공헌”이라고 말한다.
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