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IBS, 전자도핑으로 철 화합물 초전도체 성능 개선

철로 만든 초전도체 상용화 가능성 높여

(대전ㆍ충남=뉴스1) 김태진 기자 | 2016-08-16 00:00 송고
철-닉토겐 초전도체에 도핑(주입) 정도(X축)에 따른 임계온도(Y축) 변화. © News1

기초과학연구원(IBS)은 강상관계 물질연구단 김창영(서울대 물리천문학부 교수) 부연구단장 연구진이 철-닉토겐 초전도체에 알칼리금속인 칼륨과 나트륨 원자를 표면에 붙여 전자 도핑하는 방법을 최초로 적용, 임계온도를 끌어올리는데 성공했다고 15일 밝혔다.

최근 철을 주재료로 한 초전도체 연구가 활발하다. 비용이 저렴하고 다루기 쉽기 때문이다.

철 화합물 초전도체는 구리 화합물 초전도체에 비해 임계온도가 많이 낮지만, 재료가 저렴하면서 결점이 있어도 초전도성이 강하기 때문에 미래 소재로 부각되고 있다.

연구팀은 이번 연구를 통해 성능의 잣대인 임계온도를 24K(-249도)에서 41.5K(-231도)로 획기적으로 끌어올려 철 화합물 초전도체 상용화 가능성을 한 단계 높였다.

또 철-닉토겐 초전도체가 네스팅 조건과 관계없이 초전도성을 가짐을 증명함으로써 철-칼코겐 초전도체와 철-닉토겐 초전도체의 초전도성을 동일한 원리로 설명하는 이론의 토대를 마련했다.

도핑은 화합물에 불순물을 첨가해 전자나 전공을 더함으로써 물질의 전자기적 특성을 바꾸는데 이용한다.

기존 초전도체 도핑은 화합물 내부에 특정 원자를 넣는 방법이 주를 이뤘지만, 이는 화합물 내 자유전자들을 산란시켜 초전도 성능 저하(임계온도 하락)를 일으키는 단점이 있었다.

이 때문에 원자를 넣지 않고 전자만 도핑하는 방법이 고안됐지만, 증착이 손쉬운 철-칼코겐 초전도체에만 적용됐다.

김 부연구단장은 “철 기반 초전도체는 대량생산 시 초전도성을 균일하게 발현할 수 있고, 제작비용도 저렴하다”며 “이번 연구로 임계온도가 높은 철 초전도체 개발의 가능성을 열었다”고 말했다.

이번 연구 성과는 과학저널 네이처 머티리얼즈(Nature Materials, IF 38.891) 온라인 판에 8월16일자 게재됐다.


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