[이달의 과학기술자상] 이성익 포항공대 교수

상용화 가능한 초전도박막 첫 개발포항공대 초전도연구단의 이성익연구팀이 개발한 이붕소마그네슘(MgB2) 초전도 박막은 상용화가 가능한 초전도 박막을 세계 최초로 개발했다는 점에서 의미를 갖고 있다.

이 교수팀은 초고속 슈퍼컴퓨터, 마이크로 통신, 뇌파측정장치 등의 개발에 쓰일수 있는 절대온도 39K(영하 234도)에서 초전도 기능을 지닌 박막을 첫 개발, 초전도 연구에 있어 신기원을 이뤘다는 평가를 받고 있다.

이 교수가 사용한 MgB2는 지난 50년 처음 만들어졌으나 이 물질에 초전도 현상이 있다는 사실은 지난해 처음 알려졌다.

이 교수팀은 지난해 2월초 연구에 착수, 섭씨 850~1,000도, 3만기압하에서 'MgB2 고온 고압시료'를 세계 최초로 합성해서 초전도 성질을 대폭적으로 향상시킨데 이어 두께 1㎛(마이크로미터=100만분의 1m)에 불과한 박막을 만드는데 성공했다.

그동안 전세계 유수의 기업과 대학, 연구소들이 이 물질의 상용화를 위해 박막 연구에 나섰지만 모두 실패했다.

이 교수팀은 지난해 미국, 일본, 유럽에 특허를 출원했으며 5년이내에 실용화가 가능할 것으로 예상했다.

세계적인 과학학술지인 미국의 사이언스는 지난해 5월 이 교수의 연구업적을 게재하고 이번에 제조된 초전도 박막은 저항없이 막대한 전류를 통할 수 있을 뿐만 아니라 전이온도도 세계 최고라고 설명했다.

지금까지 금속 초전도체중 가장 높은 초전도 전이온도는 절대온도 20도 정도 밖에 되지 않아 냉각비용이 많이 들고 초전도 상태유지가 어려워 과학자들은 좀도 높은 온도에서 초전도성을 보이는 금속을 개발하는데 주력해왔다.

이번에 성공한 절대온도 39K는 전기냉장고로도 만들수 있는 온도로 비용이 거의 안드는 장점이 있다.

이 물질의 장점은 첫째, 구조가 간단하고 화학적으로 매우 안정돼 있으며 지상과 바다에 풍부하다.

또 한번 만들면 외부환경에 의한 초전도성의 저하 등 문제점이 거의 없으므로 전기부품으로 만들면 수백년이 지나도 변하지 않기 때문에 반영구적으로 쓸수 있다.

둘째, 이 물질은 재래식 초전도물질보다 초전도 전이온도가 매우 높다. 이 정도의 온도라면 액체헬륨을 쓰지 않고 단순한 전기냉장고도로 충분히 온도를 낮출수 있어 그 응용이 무한하다.

통신중계소에서 초전도 부품을 사용할 경우 액체헬륨을 정기적으로 공급하지 않아도 되기 때문에 사막 한가운데나 심심산골에도 중계소를 세울수 있다.

셋째, 어떤 초전도체보다 초전도 전류를 많이 흘릴수 있다. 전기를 1㎠에 1,000만 암페어나 1억 암페어를 흘려도 저항이 전혀 나타나지 않는다. 서울시 전체에서 사용하는 모든 전기를 지름 1㎝의 전선으로 운송할수 있다.

이 초전도 박막의 응용성은 상상할수 없을 정도도 무궁무진하다. 마이크로파를 이용한 무선통신기지국의 주요부품으로 가장 먼저 사용될 것으로 기대된다.

이 부품을 사용하면 기지국수를 100분의 1로 줄이는 대신 주파수 영역을 넓혀서 가입자수를 100배이상 늘릴수 있게 된다. 그래서 나라가 넓은 미국 등에서 연구가 활발하게 진행되고 있다.

또 위성간의 장거리 통신 구축망의 핵심부품으로 사용되는 등 응용부문은 무한대로 많다.

이 교수는 "국내보다 미국에서 더 관심을 갖고 있다"며 "미 국립연구소와 응용을 위한 공동연구에 착수했다"고 말했다.

연성주기자