운석에서 발견한 초전도 물질

50년 전 발견한 거대한 운석에서 초전도 물질이 발견됐다고 한다. 초전도는 전기 저항이 없는 상태. 전선에 전기를 통하면 저항이 있기 때문에 아무래도 에너지 손실이 발생하지만 이 손실이 없어진 상태가 바로 초전도다. MRI 등 의료기기나 자기부상열차, 앞으로 양자컴퓨터에도 활용되는 등 초전도는 개척해야 할 미지의 기술 혁신에도 기대를 모으고 있다.

이번에 발견된 물질은 이미 지구상에서 합성된 초전도성으로 알려져 있던 것이지만 운석에서 발견됐다는 것 자체가 충격적이다. 캘리포니아대학 샌디에이고 소속 물리학자인 이안 슐러(Ivan Schuller)는 이 연구의 가장 중요한 성과로 우주에 자연스럽게 초전도 물질이 존재하고 있다는 것이라고 밝히고 있다.

그는 6년 전 MFMMS(Magnetic Field Modulated Microwave Spectroscopy)라는 물질에 초전도성을 갖추고 있는지 확인하는 방법을 확립했다. 마이크로파 진동 자기장으로 채운 곳에 잘게 부순 물질을 넣어 해당 물질을 서서히 식혀주는 장치다. 초전도 가능성은 종종 액체헬륨 온도 영하 250도 이하로 온도를 낮춰야 찾을 수밖에 없다. 물질이 초전도 상태로 변경되면 마이크로파 흡수 방법이 바뀌기 때문에 초전도성 여부를 분별할 수 있다고 한다.

MFMMS를 이용해 물질 초전도 조사를 진행한 결과 우주는 저온, 고압 극한 환경이기 때문에 여기에서 날아온 운석을 합리적 출발점으로 파악해 수백 개에 이르는 운석을 조사했다. 마침내 초전도성을 발견한 건 호주 문두라빌라(Mundrabilla) 운석과 남극에서 발견된 GRA 95205에서다.

이 합금(In-Sn-Pb)은 이미 지구에서 인공적으로 합성된 초전도성이 알려진 물질이었기 때문에 운석에서 발견된 샘플은 어쩌면 지구상 물질에 오염되어 초전도성이 된 것 아니냐는 의심이 강했다. 브록헤이븐국립연구소에 샘플을 이용해 전자현미경 조사를 다시 진행했고 우주에서 자연 발생한 초전도 물질을 발견한 것으로 재차 확인을 받았다. 이에 따라 2018년 3ㅇ월 학회에 발표하고 2020년 3월 미국국립과학원회보에 논문을 발표한 것이다.

논문 심사자는 지구에서 오염된 가능성이 궁금해졌지만 이 의심을 불식시키려는 노력을 한 연구를 평가하고 있다. 이 합금이 우주 공간에서 어떻게 생성됐는지는 아직 알려져 있지 않다. 태양계 탄생과 함께 가열 후 냉각되고 재결정화하는 등 화학 변화를 겪고 있다고 생각되는 만큼 처음 만들어진 환경을 재현하는 건 쉽지 않다. 또 이 합금은 영하 268.15도 이하 냉장해야 초전도성이 되는 만큼 지구에서 실용화는 어려울 것이다. 하지만 우중에는 이 같은 상태가 있어 자연스럽게 초전도성이 된 것으로 간주한다. GRA 90205 운석은 극한 환경에서 형성된 것이어서 이 합금 외에도 초전도성을 가진 물질이 더 생성되어 있었을 가능성도 있다고 한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.