초전도체란 ?
초전도체란 특정한 온도 이하에서 전기 저항이 0인 상태의 물질을 이야기 합니다. 전기저항이 없다는 것은 전류가 흐를 때 일반적으로 발생하는 전력 손실 역시 0이란 뜻이기도 합니다.
또한 초전도체는 자석이 만든 자기장을 밀어내는 마이너스 효과의 성질을 가지고 있어 자석 위에 초전도체 물질을 가져가면 자석 위에 떠 있을 수 있게 됩니다.
초전도체 개발 사례
꿈의 물질인 초전도체는 1911년 최초 발견 당시 영하 269℃ 에서 초전도 현상을 만들어 구현이 되었고 이후에도 극저온 상태에서만 증명이 가능했습니다.
극저온 상태에서의 초전도체를 상용화 시키는 것은 불가능하기 때문에 과학자들은 상온 상압 상태에서의 초전도체 물질을 찾기 위해 노력을 해왔습니다.
최근 임계 온도를 올린 상태에서 초전도 현상을 구현하였으나 이 역시 강한 압력을 가해주어야만 초전도 현상을 유발시킬 수 있어 아직까지 상온 상압 초전도체는 상용화 시키기에는 불가능에 가까워 보였습니다.
영화 “아바타”를 기억하시나요? 영화에서 인간들이 판도라 행성을 침공하는 이유가 바로 ‘언옵티늄’이라는 상온 상압에서 구현되는 초전도체 물질을 채취하기 위해서 입니다.
‘언옵티늄’ (un-obtain-ium)’ 은 이상적이지만 구할 수 없는 물질을 뜻합니다.
이렇듯 영화 속에서나 볼 수 있는 물질이었으며, 영화 속에서 조차 외계의 행성에서 구할 수 있는 물질이었습니다.
초전도체 활용 분야
초전도체의 발명은 산업혁명에 버금가는 우리 생활의 대변혁을 이뤄줄 수 있습니다. 에너지 뿐만 아니라 우리의 생활패턴을 바꿔줄 수많은 사례로 활용될 수 있습니다.
“하이퍼튜브” 초고속 자기부상열차
자기부상기술은 흡인제어식과 초전도체 마이너스 효과 활용 그리고 유도반발식 등으로 나눌 수 있습니다.
흡인제어식이나 유도 반발식의 경우 20mm 이하로만 띄우는 가능하지만 초전도체의 기술을 활용하면 100mm이하까지 자기부상이 가능해집니다.
속도 또한 최대 1000km 까지 가능한 초고속 자기부상열차 하이퍼튜브가 구현이 가능하며 서울-부산 간 이동시간이 30분이면 가능해져 초연결사회가 실현될 수 있습니다.
자동차산업과 배터리 혁명
전기에너지의 손실 없이 모터 구동이 가능하게 된다면 적은 에너지로 최고의 퍼포먼스 구현이 가능해집니다.
또한 기존의 전기에너지 손실량을 감안한 배터리가 제작되며 불필하게 크고 무겁게 제작이 된 반면 초전도체 기술 적용을 통해 가볍고 적은 무게로 전기차 성능의 획기적인 개선을 이룰 수 있습니다.
또한 도심항공교통 (UAM) 사업에서도 프로펠러 모터, 배터리, 공차중량 등 많은 분야에서 높은 활용도를 가질 수 있을 것으로 기대가 됩니다.
양자컴퓨터
양자컴퓨터 원리와 구동방식 등에 대한 설명은 전문적이고 난해한 내용이기 때문에 여기서 설명은 건너뛰기로 하고 다만 양자컴퓨터 사용화를 위해 초전도체 기술이 필요한 이유만 간단하게 설명하도록 하겠습니다.
초전도체에서 저항이 없어지는 성질, 자속이 양자화되는 현상, 초전도체의 위상 간섭에 의한 양자역학적인 현상 등을 이용한 다양한 전자소재의 개발이 이뤄지고 있습니다.
기존 컴퓨터는 서로 구분되는 각각의 1 또는 0의 정보를 따로 처리했습니다. 하지만 양자컴퓨터는 두 상태가 서로 분리되지 않는 양자 고유의 특성인 ‘중첩’과 ‘양자얽힘’을 이용해 정보를 동시에 다량으로 처리합니다.
영하 270도에 가까운 극저온 상태에서 저항이 없어지는 초전도체를 두고 사이에 다른 물질을 끼우면 전자가 특이하게 두 개씩 뭉쳐 움직이는데, 이 전자쌍의 전하나 흐름 방향 등을 이용해 정보를 처리하는 원리인 것 입니다.