미국 과학자들, 초전도체 코드 해독 - 제로 에너지 손실이 현실에 더 가까워지다

US 과학자들이 초전도체 코드 해독 – 무손실 에너지 현실에 한 걸음 더 다가서다

Prabhat Ranjan Mishra가 Interesting Engineering을 통해 기고함,

미국 연구자들이 고온 초전도체의 비밀을 해독했습니다.
결정 격자 내 원자 배열 방식의 미세한 차이가 초전도성에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. (대표 이미지) Wildpixel/Charles

미국 에너지부(DOE)의 Argonne 국립 연구소 연구원들은 극저온에서 그러나 극심한 압력에서 초전도성을 가능하게 하는 초수소화물 구조의 미세한 변화에 대한 방법을 발견했습니다. – 보다 실용적인 초전도체를 설계하는 데 도움이 되는 단서입니다.

“이 실험은 업그레이드된 APS가 할 수 있는 것을 보여줍니다. 이제 극심한 압력에서 재료의 원자 수준 구조를 이전에는 상상할 수 없었던 수준의 세부 사항으로 연구할 수 있습니다.”라고 Argonne 물리학자 Maddury Somayazulu가 말했습니다.

초전도체는 저항 없이 전기가 흐르도록 합니다

연구원들은 초전도체가 저항 없이 전기가 흐르므로 열로 인한 에너지 손실이 없다는 것을 밝혔습니다. 이 특성 때문에 MRI 스캐너, 입자 가속기, 자기 부상 열차 및 일부 전력 전송 시스템과 같은 기술에 유용합니다.

또한 대부분의 초전도체는 극저온에서만 작동한다는 점을 강조했습니다. – 종종 섭씨 영도 이하의 수십 도. 이러한 재료를 차갑게 유지하려면 복잡하고 비용이 많이 드는 냉각 시스템이 필요하며, 이는 초전도체가 사용될 수 있는 위치를 제한합니다.

이제 미국 연구자들이 이러한 제한을 완화하는 데 한 걸음 더 나아가고 있습니다. 그들은 초전도체가 훨씬 더 높은 온도 – 약 섭씨 10도에서 작동하는 초수소체라는 종류의 재료에 대한 새로운 통찰력을 얻었습니다.

새로운 연구에서 Hemley와 그의 동료 연구원들은 재료의 화학을 변경하여 초전도성에 필요한 압력을 낮출 수 있는지 조사했습니다. 그들은 안정성을 높이고 초전도성에 필요한 압력을 줄이기 위해 란타넘 초수소에 소량의 이트륨을 추가했습니다.

“이러한 극심한 압력을 달성하기 위해 우리는 두 개의 다이아몬드 사이에 작은 샘플을 압착했습니다.”라고 APS 물리학자 Maddury Somayazulu가 말했습니다. 이 팀의 다이아몬드-anvil 장치는 최대 5백만 대기압까지 압력을 생성할 수 있습니다.

고압 및 고온에서 초전도체 재료 형성

고압 및 고온에서 초전도체 재료를 형성한 후 팀은 APS의 고에너지 X선을 사용하여 구조를 연구했습니다(빔라인 16-ID-B 및 13-ID-D).

“우리는 단지 몇 마이크로미터 두께이고 약 10에서 20 마이크로미터 폭인 샘플에 강렬한 X선 빔을 집중시켰습니다.”라고 University of Chicago의 연구 교수이자 빔라인 과학자인 Vitali Prakapenka가 말했습니다. 1 마이크로미터는 사람의 머리카락 너비의 약 1/70입니다.

최근 APS 업그레이드가 이러한 측정을 가능하게 했습니다. 더 밝고 좁게 집중된 X선 빔을 통해 연구원들은 압력을 변경하면서 극도로 작은 샘플을 연구할 수 있었습니다.

“이 빔을 통해 주변 재료와 다이아몬드 anvil에서 오는 신호와 샘플 자체에서 오는 신호를 분리할 수 있었습니다.”라고 Prakapenka가 말했습니다.

팀은 결정 격자 내 원자 배열 방식의 미세한 차이가 초전도성에 큰 영향을 미친다는 것을 발견했습니다. 그들은 약간 다른 온도에서 초전도성을 나타내는 두 가지 다른 결정 구조를 식별했습니다.

“이 실험은 업그레이드된 APS가 할 수 있는 것을 보여줍니다.”라고 Somayazulu가 말했습니다. “이제 극심한 압력에서 재료의 원자 수준 구조를 이전에는 상상할 수 없었던 수준의 세부 사항으로 연구할 수 있습니다.”

연구원들은 실험에 사용된 압력이 여전히 매우 높다는 점 – 대기압의 약 14백만 배에도 불구하고, 이것이 더 긴 길의 일부라고 강조했습니다. 그들은 이러한 재료를 실용적으로 만들기 위해 더 많은 요소를 추가할 계획입니다.

Tyler Durden
Tue, 04/07/2026 - 22:35