포항공대 이성익 교수

이달의 과학기술자상
고성능 초전도 박막 세계 최초 개발
이달의 과학기술자상 2월 수상자

한국과학재단(이사장 김정덕)과 서울경제신문이 공동주최하고 과학기술부와 한국방송공사(KBS)가 공동 후원하는「이달의 과학기술자상」(제59회)시상식이 지난달 28일 과학기술부에서 채영복 과학기술부 장관과 김정덕 한국과학재단 이사장, 서울경제신문 김서웅 사장 등이 참석한 가운데 열렸다.
제 59회 수상자는 초고속 슈퍼컴퓨터와 마이크로파 통신, 뇌파 측정장치 등을 개발하는데 활용될 수 있는 이붕소 마그네슘 (MgB2) 초전도 박막을 개발, 초전도 연구에 새로운 전환점을 제공한 포항공과대학교 물리학과 이성익(李星翊·49) 박사가 선정됐다. 이 교수에게는 과학기술부 장관상과 상패, 그리고 1천 만원의 상금이 전달됐다.

새로운 초전도 이붕소 마그네슘(MgB2)
제작 세계 최초로 성공
포항공과대학교 초전도연구단의 이성익 교수팀은 절대온도 39K(영하 234도)에서 초전도 기능을 지닌 MgB2(이붕소 마그네슘) 초전도 박막을 세계 최초로 제작에 성공해 초전도 연구의 새로운 전환점을 제공했다는 평가를 받았다.
지금까지 금속 초전도체 중 가장 높은 초전도 전이온도는 절대 온도 20K 정도 수준에 불과했다. 이 경우 냉각 비용이 많이 들고 초전도 상태 유지가 어렵다는 게 결정적인 단점. 이 때문에 과학자들은 더 높은 온도에서 초전도성을 보이는 금속을 개발하는데 노력을 기울여 왔었다.

이번에 이 교수팀이 개발한 초전도체는 절대온도 39K에서 초전도 기능을 지닌 MgB2(이붕소 마그네슘) 초전도 박막으로 기존 초전도체에 비해 초전도성이 상당히 우수하다. 초전도의 절대량도 다른 곳에서 제조된 박막보다 10배 이상 높은 것으로 판명되고 있어 MgB2(이붕소 마그네슘) 초전도 박막을 이용한 초고속 슈퍼컴퓨터와 마이크로파 통신, 뇌파 측정 장치 등의 개발에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

현재 이 박막이 제조된 지 1년이 가까이 되고 있지만 전 세계 어느 누구도 이 수준의 박막을 만들어 내지 못하고 있다.
이 때문에 미국 물리학회는 이 교수를 초청, 올해 미국 인디아나 폴리스에서 주최되는 학회에서 강연을 의뢰하기도 했다. 이로써 이 교수는 국내에서의 물리학 연구업적만으로 미국 물리학회의 초청을 받은 최초의 한국인이 됐다.

신비의 물질 ‘초전도체’의 무궁무진한 응용성
초전도체는 무궁무진한 응용성이 있다. 예를 들어 의학분야에서는 자기공명현상(Magnetic Resonance Imaging : MRI)을 이용하여 뇌의 내부구조를 알아내는데 초전도자석을 써왔다. MRI 방법은 뇌의 내부를 직접 관찰하거나 X-선을 사용하지 않으므로 뇌의 내부에 상처를 입히지 않는다.



대신 강력한 자석이 필요한데, 이를 위해 초전도 전선 내부에 강력한 전류를 흘려 사용한다. 현재까지는 액체헬륨으로 초전도 전선을 냉각시키고 있지만, 고온초전도체를 사용하면 그 냉매로 액체질소를 이용할 수 있어 상당히 낮은 비용으로도 MRI가 가동될 수 있으며, 뇌뿐 아니라 신체의 다른 부위까지도 X-선 장비가 아닌 MRI로 대치할 수 있는 파급효과를 얻을 수 있다. 이런 응용분야는 비단 의학분야뿐만 아니라 우리의 모든 실생활에 다양하게 응용될 수 있다.

가령, 초전도 자기 에너지 저장소(Superconduction Magnetic Energy Storage : SMES)는 초전도 코일에 매우 큰 전류가 흐를 때 형성되는 자기장 형태로 에너지를 저장할 수 있는 기술이다. 이는 초전도체를 응용한 것으로, 서울 시내에서 사용하고 있는 모든 전류를 지름 5cm의 초전도 전선에 실어 운반할 수 있으며 핵융합 반응을 이용한 미래 에너지원의 제조에도 이용될 수 있다. 또 대중교통수단에도 적용, 서울과 부산을 40분만에 주파하는 자기부상열차까지 만들 수 있다.

전자석을 이용한 현재의 자기부상열차는 지상에서 1cm정도 떠 운행되는데 비해, 초전도를 이용하면 10cm까지 부상해 운행할 수 있어 시속 5백km까지 속도를 낼 수 있다는 것이 실험으로 증명됐다. 이밖에도 초전도는 초전도양자간섭장치(SQUID)를 만들어 사람의 심장이나 뇌에서 발생하는 미세한 자장을 측정할 수 있고, 다양한 검출기와 엄청나게 빠른 속도를 지닌 슈퍼컴퓨터도 만들 수 있다.

석학들‘세계 최고성능’ 극찬
이 교수팀이 개발한 초전도 박막과 같은 수준의 박막을 만들어 내기 위해 선진국들은 피나는 노력을 기울이고 있으나, 아직도 이와 유사한 박막 제조에는 아무도 성공하지 못하고 있다. 또 선진 각 국이 이 교수가 이끄는 연구단의 박막 제조 비법을 파악하는데도 상당한 시일이 걸릴 것으로 예상되고 있어, 이 기간 동안 포항공대 초전도 연구단은 새로운 연구수행에 박차를 가해 선진국과의 연구격차를 더욱 벌여나갈 수 있게 됐다. 또 이 박막의 우수성이 확인되자 미국·유럽 등지의 연구소를 비롯한 국내 유수 대학과 연구소에서 포항공대 초전도연구단에 공동연구를 제의해, 현재 상당한 진전이 이뤄지고 있다.
한수진기자<[e-mail]>