흥행 헐리우드 영화였던 영화 아바타를 시청하신 분들은,
영화 장면 속 공중에 떠 있는 섬이 연출 되었던 것을 확인할 수 있습니다.
영호 아바타의 장면에 나왔던 공중에 떠있는 섬 처럼,
그 마법같은 원리를 미국의 물리학자들이 개발하여 상온 초전도 물질을 발견한 소식이 있습니다.
이전 2020년, 미국의 물리학자들은 상온에서 전기저항이 영(0)이 되는 초전도 물질을 개발하여 역사적인 일이 일어났다고 합니다. 앞서 언급한 것과 같이 상온에서의 초전도 현상은 무엇이고, 이로 인해 세상은 어떻게 변화될 수 있기에 물리학계가 흥분하는 것인지 궁금하실텐데요.
지난 2020년 10월, 국제학술지 네이처에서는 14.5도의 상온에서 초전도성을 나타내는 물질을 개발한 로체스터대 랑가 다이어스 교수팀의 연구를 커버스토리로 소개했다고 합니다. 대기압의 267만배에 이르는 초고압 상태에서 만들어진 것이라 아직 실용화는 어렵지만 만약 이것이 일상의 환경에서 실현된다면 세상은 또 한 번 더 변할 것이라고 밝혔다는데요.
이어 초전도 현상이란 특정한 온도에서 물체의 전기저항이 사라지는 것을 말한다고 합니다.
이렇게 전기저항이 완전히 사라진 물체는 초전도체라고 한다는데요. 도체라고 해도 전류가 흐를 때 전류의 흐름을 방해하는 전기저항이 있다고 합니다. 전기저항이 없다는 것은 저항이 0이 된다는 것이고, 이 말은 전기에너지가 이동 중에 손실되지 않는다는 뜻이며, 즉 전기회로에서 전력 손실이 생기지 않고, 저항에 의한 열이 발생하지 않아 에너지가 낭비되지 않는다는 것이라는데요.
초전도현상이 발견된 때는 1911년이 였으며, 당시 네덜란드 라이덴 대학의 카멜린 온네스 교수는 수은의 전기저항 실험을 하다가 절대온도(영하 273.15°C)에 가까운 영하 268.8℃에서 저항이 사라지는 것을 발견했다고 합니다.
이어 초전도 현상이 나타나면 물체가 자석 위에 떠오르는 등 신기한 현상이 나타난다고 하는데요.
초전도체가 자기장을 밀어내는 성질을 갖고 있기 때문이고, 초전도체 위에 자석을 놓으면 초전도체의 자기장이 세지면서 자석을 밀어내는 방향으로 유도전류가 소용돌이처럼 발생한다고 합니다.
이때 저항이 없으므로 유도전류가 사라지지 않아 자기장이 자석을 계속 밀어내어 떠 있을 수 있는 원리며, 스스로 떠 있는 상태에서 수평력을 가하면 마찰력이 작용하지 않아 적은 에너지로도 엄청난 속도로 이동하는 자기부상열차가 가능해진다고도 합니다.
하지만, 문제는 초전도 현상이 극저온에서만 이뤄져 실제 활용하는 데 어려움이 많다는 점이라고 합니다.특히나 값비싼 액체 헬륨이나 액체 질소 등으로 냉각해야 하기 때문에 비용 부담이 크고, 액체 질소를 이용하면 -196℃까지 온도를 낮출 수 있다고 하는데요.
액체 질소가 공기로 바뀌면서 주위의 온도를 빼앗아가기 때문이며, -196℃까지 온도가 내려가면 빛처럼 움직이던 전자가 자전거를 타듯 천천히 움직인다고 합니다. 또한, 액체 헬륨을 이용하면 -269℃까지로 더 낮은 온도를 만들 수 있지만 가격이 질소보다 30배나 비싼 문제가 있고, 임계온도가 낮을수록 냉각비용이 많이 든다고 알려졌습니다.
이러한 이유들로 수 많은 물리학자가 100년 넘도록 상온에서 초전도 현상이 일어나는 물질을 만들려는 연구를 지속해왔다고 합니다.
이에 다이어스 교수팀은 ‘다이아몬드 침골 세포(diamond anvil cell)’로 만든 초고압 장치를 통해 상온의 초전도체를 만들어내면서, 연구팀은 수소와 황(황화수소), 탄소를 섞은 재료 물질을 다이아몬드 소재에 넣고 빛을 이용해 합성시키는 방법으로 14.5도의 상온에서 전기저항이 0이 되는 초전도성을 지닌 물질을 만드는 데 성공했다고 합니다.
또한, 다이어스 교수는 많은 응용 분야의 문을 열어 세상을 확실하게 바꿔놓을 것이라고 말했으며, 특히 에너지 산업에 엄청난 파급효과가 일어날 것으로 예상된다고 밝혔습니다. 초전도체로 전선을 만들면 송전 과정에서 전기저항으로 발생하는 전기를 손실 없이 보낼 수 있다고 하는데요.
자기부상열차와 같은 새로운 교통수단 시대도 열린다고 합니다.
현재의 자기부상열차는 레일에 전자석, 열차 바닥에 초전도 코일이 들어 있어 초전도 코일을 통해 강한 자기장을 얻어 레일과 열차 바닥이 서로 밀어내거나 끌어당기는 방식으로 에너지의 대부분을 열차를 부양시키는 데 쓰고 있기 때문에 비효율적이라고 합니다.
하지만 초전도체로 레일을 만들면 마찰과 소음이 거의 없으면서 연료 효율이 높은 자기부상열차 제작이 가능하다며 알렸다는데요.
이어서 그는 디지털 전자기기의 효율성도 획기적으로 향상시킬 것이라고 언급했습니다.
휴대전화로 오래 통화를 하다 보면 열이 많이 나게되는데 노트북, 텔레비전, 비디오 등 열을 낼 필요가 없는 가전제품에서도 상당한 열이 발생한다고 합니다. 이는 전기에너지의 일부가 열에너지로 전환됨을 의미하게되는데 이에 따라서 열 손실 없이 전류가 흐르는 초전도체로 대체하면 이런 문제가 말끔히 해결된다고 알렸습니다.
그 밖에도 대륙간탄도미사일을 비롯해 로켓, 반도체 등 초전도 기술의 활용은 다양해 질 수 있을 것이며 더욱이 배터리가 필요 없는 초전도 사회도 만들 수 있을 전망이라고 막대한 양의 전기 손실을 줄일 수 있을거라 밝혔다고 합니다.
또한, 영화 ‘아바타’ 속 식물이 현실로 알려지게 되었는데요.
지난 2020년 4월, 야광으로 빛나는 식물 개발 밤이 되면 야광으로 빛나는 독특한 식물이 개발되었다고 합니다.
영국 MRC 런던 의과학 연구소, 호주 과학기술연구소 등에서 모인 과학자 27명은 다양한 동식물에서 관찰할 수 있는 ‘생물발광’ 현상에 관심을 기울이면서, 생물발광은 생명체가 스스로 빛을 만들어 내는 현상으로, 곤충에게서는 반딧불이나 조개물벼룩 등에서, 식물에서는 버섯 등 균류에서 50여 종의 발광생물이 존재하는 것으로 알려져 있다고 밝혔는데요.
이에 공동 연구진은 생물발광 능력을 가진 식물 중 하나인 버섯에서 DNA를 채취한 뒤, 이를 생물발광 능력이 없는 담뱃잎과 담배 나무꽃에 ‘이식’하는 실험을 진행하게 되면서,
그 결과 담뱃잎과 담배 나무 꽃은 묘목 시기부터 성장이 모두 끝날 때까지 발광 능력을 꾸준히 유지한다고 알렸습니다.
영화 ‘아바타’를 시청하신 팬이라면 더욱 눈길이 가는 이 야광 꽃은 영화 속 한 장면처럼 컴컴한 밤에도 형광 녹색 빛을 뿜어내며 활짝 피는 것이 특징이라고 합니다.
그리고, 해당 연구진은 이러한 기술이 스스로 빛을 내는 관상용 나무나 꽃을 개발할 수 있을뿐만 아니라, 맨눈으로는 보기 어려운 식물의 미세한 기관을 관찰하고 연구하는 데도 도움이 될 것으로 기대했다고 합니다.