시작하기 전에, 확실하게 말씀드리고 가겠습니다.


아래부터 읽으실 내용은, 지극히 제 개인적인 생각에 의한 것입니다.




여러분, 어쩌면.. LK-99는 BR-BCS이론과 마요라나 페르미온 이론의 상호작용으로 인한 위상 의존성에 따른, 위상 초전도체의 실험적 결과물일 수도 있습니다.


먼저 우리는 위상 초전도체에 대해 알아야 합니다.


위상 초전도체란, 한창 초전도체에 대한 연구가 진행되던 80,90년대, 이때까지, 극저온에서만 나타날 수 있던 초전도체가 어쩌면 상온에서도 나타날 수 있을지도 모른다는 하나의 논문에 의해, 연구가 시작된 물질입니다.




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해당 논문은, 양자홀 효과(quantum hall effect)의 특징 중 하나인 전자가 양자기계적인 효과 아래에서 나타난다는 설명에 따라, 위상 초전도체의 전자 쌍이, 쿠퍼 전자 쌍으로 움직일 때, 양자홀 효과가 나타난다는 것을 파악한 논문으로, 위상 초전도체의 쿠퍼 전자 쌍이, 양자홀 효과가 어떻게 작용하느냐에 따라, 여러가지 특성을 가질 수 있다고 설명한 논문입니다.


즉, 간단하게 정리하자면, 위상 초전도체는 이때까지 발견되었던 극저온 형태의 초전도체가 아닌, 상온, 상압에서 존재할 '수도' 있다고 제안된 물질이며, 양자홀 효과가 어떻게 작용하느냐에 따라 변화되는 초전도 물질이라고 할 수 있겠습니다.



다음으로는, 위상 초전도체가 BR-BCS 이론과 어떻게 연결되어 있는지에 대한 설명입니다.


BR-BCS 이론에서는 전자간의 상호작용에 따른, 위상 의존성. 즉, 초전도 상태에서 물질의 위상 구조가(물질의 위상 구조란, 해당 물질의 분자 또는 원자의 배치 구조를 말한다.) 달라질 때, 달라진 상태를 유지하고자 한다는 것을 설명하고 있습니다.


위상 초전도체는 기본적으로 '위상부도체' 에서 파생된 '마요라나 페르미온' 이론에 연관지을 수 있는데, 마요라나 페르미온 이론은, 물질 안에서, 자기스핀이 없는 입자를 뜻합니다. 그리고, 위상 초전도체와, LK-99 역시 자기 스핀이 없는 상태입니다.


즉, BR-BCS 이론은 위상 초전도체가 2차원뿐만이 아닌, 1차원, 3차원에서도 존재할 수 있는 이론적 증표를 마련해주는 이론이며, 초전도 메커니즘을 설명해 줄 수 있는 이론이라고 볼 수 있습니다.



그렇다면, 그런 위상 초전도체의 특징은 어떻게 될까요?




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해당 논문은, 위상 초전도체가 퀀텀 측에서 말했던 1차원 초전도체와 같이 존재할 수 있다는 내용이며, 위상 초전도체가 끝머리 상태(양자 시스템의 경계에서 나타나는 상태) 에서 나타날 수 있다는 말인데, 간단히 말해서 이는, 초전도 현상이 물질의 경계 부분에서 일어날 수 있다고 말하는 논문인 것입니다. 참고로 위에서 말했던 양자홀 효과가 LK-99의 1차원적인 환경에서 존재하기 위해서는, 전기, 자기장과 같은, 특수한 환경을 구성해야 할 필요가 있는데, 이는 LK-99의 전기 자극 샘플에서의 쿠퍼 전자 쌍 효과와 비슷해 보입니다.



24b0d121e09c28a8699fe8b115ef046eca4cccff << 위상 초전도체가 1차원적인 환경에서 존재할 수 있다는 논문의 그림.


즉, 여기까지의 내용을 간단하게 정리하자면, 위상 초전도체의 특징 중 하나인, 마요라나 페르미온 이론에 포함되는, 자기스핀이 없는 현상은, 양자홀 효과가 전기적 자극을 통해 1차원에서 나타날 수 있게 만든 퀀텀 측의 LK-99 샘플과 흡사해 보인다는 것입니다.



다음으로는, 위상 초전도체와, LK-99의 추가적인 공통된 특징들입니다.


먼저 에너지 갭에 대한 이야기인데, LK-99는 논문에서, '해당 물질이 상온에 초전도 상태로 존재하며, 이러한 상태가 되는 이유는 특정한 에너지 갭에서 초전도 상태가 나오기 때문' 이라는 설명을 논문에 실어 놓았습니다. 마찬가지로 위상 초전도체 역시, 에너지 갭이 존재하며, 특정한 에너지 갭에서 전자들이 쌍을 이루는 상태가 되어, 초전도성을 띄게 된다는 이론이 있습니다.


또한, 애초부터 위상 초전도체 역시, 마요라나 페르미온이론과 더불어 BCS이론을 기본으로 두고 시작하는 물질이기 때문에, LK-99와 같은 이론을 공유하고 있습니다.




그 다음으로, LK-99의 구조에 대해 알아보자면,




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이 논문, 아마 많은 분들이 보셨을 LK-99의 논문입니다.


이 글에 따르면, LK-99가 초전도성을 띄기 위해서는, 구리가 납의 일부 위치에 들어가는 과정을 거쳐야 하며, 구리의 배치가 물질의 구조적인 특성을 변경시키고, 전기적 특성을 바꾼다고 설명하고 있습니다. 특히, 이러한 구리 배치 과정을 통해, 물질을 1차원적인 구조에서 전체적으로 변화시킨다고 나와 있습니다.


그리고 이러한 특징은, 위에서 언급했던, 마요라나 페르미온 이론 중 일부인 퀀텀 메카닉스 현상처럼(아주 작은 원or분자 상태에서 변화가 일어나는 현상) 샘플의 아주 미세한 입자에서 초전도성이 생성된다는 LK-99의 특징을 아주 잘 대변해 주고 있습니다.



그래서 정리하자면?



저는 개인적으로 LK-99가 마요라나 페르미온 이론과 BCS이론에 중점을 두고 있는 위상 초전도체를 상온, 상압 환경에서 실험적으로 구현해낸 물질이라고 생각합니다. 그렇게 생각하는 이유는, 위에서 말씀드렸다시피,


1, 위상 초전도체와 LK-99 모두, 마요나라 페르미온 이론에 따라, 자기 스핀이 존재하지 않는다는 점과,


2. LK-99가 초전도성을 띄기 위해, 전기적 자극이 필요한 것에서, 그러한 특수한 상황 구성을 통해, 위상 초전도체의 특징 중 하나인, 양자홀 효과가 퀀텀의 논문처럼 1차원에서 구현될 수 있다는 점.


3. 위상 초전도체와 LK-99의 연관된 특징들,


4. LK-99의 구조에서 나타나는, 마요라나 페르미온 이론 중 일부인, 퀀텀 메카닉스 현상이 보인다는 점.



이러한 이유를 들어, 저는, BR-BCS 이론을 가진, LK-99가 마요라나 페르미온 이론에도 어느정도 부합하는 물질인 것으로 판단할 수 있었으며, 상온, 상압에서 존재하는 위상 초전도체의 실험적 결과물이라고 저는 개인적으로 생각한 바입니다.


제 생각에는, LK-99는 상온 상압 초전도체가 맞을 수 밖에 없는 이론을 가지고 있다고 생각합니다. 관련 이론에 딱 부합하는 실험적 결과물이라고 생각합니다.



과학적 오류, 문제점 당연히 있을 수 있습니다. 제 글에 문제점이 있다면, 편하게 말씀해 주셔도 됩니다. 그러한 과정을 통해, 틀린 내용은 다시 배우고 싶습니다.






출처:


The quantum Hall effect: Novel excitations and broken symmetries Steven M, Girvin, 2002


One-dimensional topological superconductivity based entirely on phase control Omri Lesser 외 2명, 2022

Superconductor Pb10−xCux(PO4)6O showing levitation at room temperature and atmospheric pressure and mechanism 이석배 외 5명, 2023