안녕하세요, 테슬라오너입니다.
오늘은 요즘 한창 과학계와 투자시장을 떠들썩하게 만들고 있는 ‘상온 초전도체 (LK-99)’와 관련한 내용을 다루어보려고 합니다.
제가 과학자나 투자 전문가는 아니지만, 그래도 과학을 좋아하고, 오래전부터 투자생활을 하고 있다보니, 이 소식을 접하고 공부를 좀 해보았는데요. 이 내용에 대해 제가 여러자료들을 서칭하고 정리한 내용을 공유드려볼까 합니다. (투자를 하려면 제대로 알고 해야 하니까요 ^^)
이 포스팅만 처음부터 끝까지 쭈~욱 읽으시면, 이 상온 초전도체가 대체 무엇이고, 과학계와 투자시장에서 왜 이슈가 되고 있는지 자세히 알게 되실 수 있도록 구성했습니다. 아직 상온 초전도체라는 개념에 대해 생소하게 느껴지는 분들은 이번 기회에 같이 알아보고 가시죠.
1. 상온 초전도체 이슈의 배경
지난 7월 22일 국내 민간연구소인 퀀텀에너지 연구소와 한양대 연구진은 논문 사전공개 사이트 ‘아카이브’에 상온 초전도체 ‘LK-99’에 관한 논문을 공개했습니다. LK는 연구진의 성을 따왔다고 하고, 99는 이 연구가 99년도부터 시작되었다는 것을 의미한다고 하네요.
현재까지 초전도체는 매우 낮은 영하의 온도에서만 확인할 수 있었는데, 이것을 영상의 온도에서 상용화 할 수 있다는 기대감에 우리나라 뿐 아니라 전 세계 과학자들의 이목을 집중시키는 사건이 발생한 것입니다.
마침 공교롭게도, 네이처에서 미국 랑가디아즈 교수의 상온 초전도체 관련 논문의 철회 가능성 소식을 알렸던 시기와 맞물려, 우리나라 연구진의 이 연구 결과는 상당한 파급력을 일으켰습니다.
2. 초전도체의 개념 및 역사
1) 초전도체 개념의 시초
1908년, 카메를링 오너스(Heike Kamerlingh Onnes)라는 네덜란드 교수는 액체 헬륨을 만드는데 성공합니다. 액체 헬륨은 어디에 쓰이느냐, 우리가 극저온 환경, 즉 영하 273도의 환경을 만드는데 사용하는 물질입니다. 그런데 이 액체 헬륨을 만드는 것에 성공한 것이죠.
이 말인 즉슨, 카메를링 오너스가 ‘극저온 시대’의 서막을 열었다고 볼 수 있습니다. (이것으로 오너스는 1913년 노벨 물리학상을 받게 되구요.)
그렇게 극저온 환경을 만들 수 있게 된 카멜린 오네스 교수는 극저온 환경에서 수은의 전도성이 어떻게 변하는가를 살펴보게 됩니다.
그렇게 온도를 내려보며 수은의 저항을 측정해보았는데, 영하 269도가 되는 시점에서 저항이 0이 되는 것을 확인하게 됩니다.
이렇게 (극저온 환경에서의) 초전도체를 발견하게 된 것이죠.
2) 초전도체의 특징
(1) 마이스너 효과 (Meissner Effect)
임계온도 이하로 내려가야만 초전도체가 되고, 임계온도 이상일 때는 그냥 일반적인 물질이 되는데,
이 초전도체가 되는 물질은, 임계 온도 이상일 때는 그냥 자기장을 투과시키지만, 임계 온도 이하가 되면 모든 자기장을 밖으로 밀어내는 현상을 보입니다. 이것을 마이스터 효과(Meissner Effect)라고 부르죠.
즉 초전도체 상태일 때에는 자기장을 모두 밀어내기 때문에 아래 사진과 같이 공중 부양하는 상황을 연출할 수 있는 것이죠.
<마이스너 효과 정리>
- 물질이 초전도 상태로 전이되면서 물질의 내부에 침투해 있던 자기장이 외부로 밀려나는 현상
- 초전도체가 갖는 완전 반자성과 관련이 있음
- 초전도 상태에서는 물질 내부에 자기장이 침투할 수 없음
- 외부에서 자기장을 걸어도, 초전도체 내부에는 자기장이 생기지 않음
- 1931년 독일의 물리학자 발터 마이스너와 오센펠트에 의해 발견됨
- 전기저항이 0인 물질에 자기장을 걸어주면 렌츠의 법칙에 의해 차폐 전류가 유도됨
- 초전도체에 자기장을 걸었을 때, 온도가 임계온도(Tc)이상이면, 특별한 변화가 없음
하지만 임계온도보다 낮아지면, 걸어준 자기장을 외부로 밀쳐냄
(2) 초전도체와 완전도체 차이
초전도체와 완전도체는 둘 다 저항이 0인 도체를 의미합니다. 그럼 둘은 어떤 점이 다른 것이냐, 바로 외부에서 자기장을 걸어주었을 때 반응하는 결과에 차이가 있습니다.
완전도체는 외부에서 자기장을 걸어준 상태에서 주변 환경이 임계 온도 이하로 떨어졌을 때, 초전도체와 달리 외부로 자기장을 밀어내지 않습니다.
즉, 다시 정리하자면 저항이 0인 도체가 ‘마이스너 효과를 가지고 있으면’ 초전도체, ‘마이스너 효과를 가지고 있지 않다면’ 완전도체로 구분할 수 있겠습니다.
초전도체는 저항이 0인 상태 뿐 아니라, 자기장을 밀어내는 효과까지 있어서 완전도체와 달리 자기부상열차와 같은 곳에도 쓰일 수 있는 것이죠.
(3) 1종 초전도체 및 2종 초전도체 (Type-I & Type-II)
초전도체는 또한 물리적 성질을 기준으로, 1종 초전도체(영어: type I superconductor)와 2종 초전도체(영어: type II superconductor)로 분류됩니다.
1종 초전도체의 경우, 외부에서 자기장이 흐르면 그 자기장을 외부로 전부 밀어내는 반면, 2종 초전도체는 특이하게 특정 임계 온도에서 자기장을 전부 밀어내지 않고, 일부는 밀어내고 일부는 중간중간 통과시키는 현상을 보입니다.
즉, 마치 스티로폼에 포크를 찍어서 구멍을 내어놓은 것 처럼, 중간중간 자기장이 흐르게 되는데, 이것을 ‘플럭스 피닝(Flux pinning)’ 또는 ‘양자 고정(Quantum locking)’이라 부릅니다.
2종 초전도체는 이 플럭스 피닝 현상으로 인해, 아래와 같이 마치 공중부양을 하듯 떠있을 수 있게 되는 모습을 볼 수 있는 것이구요, 똑바로 올려놓았을 때 뿐만 아니라, 뒤집어도 일정 간격을 유지하며 떠있는 모습을 볼 수 있는 것입니다… 참 신기하죠?
이런 플럭스 피닝 현상은 2종 초전도체에만 일어나는 것이구요.
(3) BCS 이론
하나 더 알아야 할것은 1957년에 나온 Bardeen-Cooper-Schrieffer, 3명의 학자가 발표한 BCS 이론입니다. 이분들은 이 이론으로 노벨상을 받기도 했는데요.
아래 이미지의 파란색 점들이 이루는 격자가 ‘원자핵’이고, 그 원자핵 사이를 자유롭게 드나드는 붉은 점이 ‘전자’입니다. 그런데, 초전도체가 임계온도(BCS 이론에서 말하는 임계온도는 영하 243도입니다.) 이하로 내려가면 저 격자를 이루는 양이온들이 전자의 이동에 영향을 받아 이동 중인 첫번째 전자쪽으로 조금씩 이동하게 되고, 그 영향으로 인해 두번째 전자가 첫번째 전자와 쌍을 이루어 같이 이동하게 됩니다.
위와 같이 함께 이동하는 전자들을 ‘쿠퍼쌍(Cooper pair)’이라고 부르고요. 그리고 이렇게 초전도성을 띄는 대부분의 물질에서 쿠퍼쌍을 볼 수 있는 것은 영하 243도라는 임계온도 이하여야만 가능했던 거구요. 그 당시에 이 임계온도 이상에서는 초전도체를 만드는 것은 어렵다고 생각했었습니다.
3. 고온 초전도체
BCS 이론 이후 초전도체와 관련한 연구는 계속해서 이어졌고, 초전도체와 관련한 연구 논문만 내면 노벨 물리학상을 받게 될 정도(?)로 과학계에서는 대단히 관심을 끌었던 주제라고 합니다.
BCS 이론은 영하 243도 이하에서만 설명 가능한 이론이었는데, 여러 연구들이 더해져서 영하 238도에서 초전도성을 띄는 물질에 대한 연구도 이루어지고, 나중에는 영하 150도에서 초전도성을 띄는 물질에 대한 연구도 이루어지는데, 여기서 발견한 물질을 ‘고온 초전도체’라고 합니다.
보통 고온이라 하면 정말 높은 온도를 생각하게 되기 일쑤인데, 여기서 고온은 ‘10K 보다 높은 온도’를 말합니다. 보통 임계 온도가 액체질소의 끓는점인 77K보다 높으면 고온 초전도체라 부르더라구요(‘고온’이라고 하면 안될 것 같은데…). 이러한 고온 초전도체는 구리를 기반으로 한 YBCO 같은 물질이나, 철을 기반으로 한 초전도체, 철-비소 기반 초전도체 등이 있습니다.
4. 상온 초전도체
1) 상온 초전도체 가능성의 발견
그렇게 초전도체에 대한 연구는 계속되고, 2015년에 이르러 독일의 막스플랑크 화학연구소의 미하일 에레메츠 연구팀이 ‘수소(H)’를 이용한 수소화합물(H3S)을 통해 영하 70도에서 초전도 현상을 나타내는 초전도체를 만들어내는데 성공합니다.
그리고 이어서 이 연구팀은 다른 연구팀과의 협력하에 2019년, 영하 23도와 영하 13도에서 초전도 현상을 유발하는 초전도체를 만드는 것에 성공하게 됩니다.
(고온보다 높은…) 상온에서 초전도체를 만들 수 있다는 가능성을 볼 수 있게 된것이죠.
2) 상온 초전도체 대란
2023년 7월 25일, 네이처 공식홈페이지에서 미국 로체스터 대학의 과학자 랑가디아즈 교수의 상온 초전도체 관련 논문에 대한 의혹을 대서특필하였죠.
내용을 간략히 요약하여 말씀드리자면, 과거 랑가디아즈 교수가 상온 초전도체 발견과 관련한 논문을 2020년 3월에 발표한 바 있는데, 해당 논문에서 근거로 제시된 각종 데이터들의 신뢰가능성 이슈 해당 논문이 철회되는 사건이 있었습니다. 그런데 그 이후 2021년에 발표한 ‘Physical Review Letters’ 논문이 데이터 조작 등을 이유로 곧 철회될 것이라는 기사가 네이처에서 뜬 것입니다.
랑가디아즈의 과거 논문을 바탕으로 상온 초전도체의 현실화에 기대하고 있었던 과학계는 큰 충격을 받을 수 있는 상황이었죠. 그런데 같은 시기에 레딧 등 다양한 커뮤니티를 통해 우리나라 민간연구소 퀀텀에너지연구소와 오근호 한양대 명예교수가 이끄는 국내 연구진이 상온 초전도체 물질(LK-99)을 발견했다는 논문이 퍼지게 됩니다.
해당 논문은 ‘아카이브’ 사이트에 7월 22일에 게재되었는데, 랑가디아즈 교수 사건이 공론화 될 7월 25일 무렵부터 본격적으로 온라인 커뮤니티 사이트들을 통해 퍼지게 된 것이죠. 즉, 랑가디아즈 교수 사건으로 ‘아…상온 초전도체는 현실화 되기 어려운 거였나…’ 하는 실망감을 안기려던 찰나에 ‘응?? 상온 초전도체를 만들었다고? 발견한 것도 아니고, 결국 그 물질을 만들어냈어??’하는 놀라움을 선사한 것이죠.
5. 상온 초전도체 관련주
상온 초전도체 물질이 현실화 될 가능성이 높다는 언론의 보도들이 범람하자, 많은 사람들은 그때부터 상온 초전도체가 상용화되어 비즈니스에 적용되면, 어떤 산업, 어떤 기업들이 그 수혜를 보게 될지 서칭하기 시작했습니다. 그리고 그 기업들이 정확히 어떻게 연관이 있고, 비즈니스에 적용되는지 깊이 있게 알아볼 시간도 없이, 득달같이 몰려들어 상한가를 만들어 버렸습니다.
1) 상온 초전도체 관련주 리스트 5가지 (이슈화된 이유 및 주가변동 현황)
(1) 서남 (초전도 선재 제조)
(2) 모비스 (초전도 코일 관련 시스템 설계 수주 이력)
(3) 덕성 (초전도 관련 특허 보유)
(4) 신성델타테크 (퀀텀에너지 연구소 지분 투자)
(5) 원익피앤이 (초전도체 전원공급장치 제조)
2) 투자시 유의해야 할 사항
위에서 보시는 바와 같이 상기 5가지 종목 및 기타 여러 종목들이 초전도체와 연관되어 있다는 소식이 퍼지면서, 그간 2차 전지 쪽에 몰려있던 자금들이 이들 초전도체 테마 종목으로 몰리는 현상을 보였습니다.
하지만 전문가들은 이들 기업이 실제 수혜를 받는 곳인지, 얼마나 관련성이 있는 곳인지 검증되지 않았다고 하며, 급격하게 폭등한 주가로 인해 변동성이 커질 것을 우려하고 있습니다.
게다가 8월 3일 오후, 국내에서 꾸려진 한국초전도저온학회 검증위원회에서 “해당 논문의 데이터를 근거로 본다면, 초전도체라고 판정하기 어렵다” 라는 입장을 내놓았습니다. 그 여파로 일부 종목은 상승랠리에 찬물이 끼얹어지기도 했죠. 검증위원회는 연구진이 내놓은 영상에서 공중부양, 즉 마이스너 효과 및 플럭스 피닝 현상을 확인할 수 없었다는 것이죠. (완전히 공중에 띄워진 것이 아니라, 한쪽면은 바닥에 붙어있는 등…)
정확한 검증을 위해서는 추가적인 심사가 필요한데, 해당 연구진이 샘플을 보내오지 않아 검증이 지체되고 있다고 합니다.
검증위원회의 검증 결과는 늦어도 수개월 내에는 나올 수 있다고 하니, 계속해서 지켜볼 필요는 있을 것 같습니다. 그 때까지 FOMO 현상에 취해 마구잡이 투자하지 마시고, 항상 투자는 정공법(장기투자, 분산투자)으로 하시기 바랍니다.
※ 본 포스팅은 아래의 콘텐츠들을 참고하여 작성하였음을 알려드립니다.
- ‘안될과학’ 유튜브 채널 (초전도체 알아야 할 역사…등)
- KAIST부설 한국과학영재학교 온라인 과학매거진 코스모스 (상온 초전도체, 그 꿈이 이루어지다)
- 조선일보(초전도학회, 상온 초전도체 검증위 발족…) 등 언론기사
- 네이처 닷컴, 레딧 커뮤니티
- 위키피디아
- 아카이브 게재 논문 (The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor) [해당 논문 바로가기]
- 네이버 증권 사이트
