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한국 과학자들, 실온 초전도의 획기적인 발전

2023-08-03 06:09:24 


고려대학교 화학과의 설립자는 매우 개인적인 매력을 지닌 최동식 교수입니다. 1994 년에 그는 원자 간 초전도 밴드 ISB(Inter Atomic Superconducting Band Theory)라는 일탈 이론을 제안했습니다. 처음으로 그는 무기 1차원 고분자 사슬을 통해 초전도성을 달성 할 수 있다고 믿었습니다. 그러나 이것은 주류 BCS 초전도 이론과는 매우 다른데, 이는 많은 관심을 끌지 못했고 과학계에서 조금도 물결을 일으키지 않았습니다. 세계에서 자신의 대학원생 인 이석배 만이 "ISB 이론에 의한 초전도 설명"이라는 관련 석사 학위 논문을 조용히 썼습니다. 그 후,이 이론은 무시되었습니다. 이것이 1999년 LK-99가 우연히 비정상적인 자기 신호를 가지고 있다는 것이 발견된 이유이지만, 복제의 어려움으로 인해 여전히 최동식의 임종 직전의 고백을 기억하고 공부를 계속하는 최동식의 제자들이 있다.

 

 

1996년 최동식은 많은 제자들로부터 김지훈을 보고 전지 재료 연구를 포기하고 초전도 팀에 와서 화학 합성을 하도록 설득했고, 그런데 그는 박사 학위를 위해 공부했습니다. 그러나 1999 년 후 아무 것도 발견되지 않았습니다. 9년, 김정은은 포기하려던 참에 초전도성에 의해 촉발된 것으로 보이는 납-인회석 샘플(실험 데이터 그래프의 희미한 변동)에서 이상을 발견했습니다. 그는 흥분하여 실험을 반복했고 마침내 수십 개의 샘플 중 두 개가 현상을 반복 할 수 있음을 발견했습니다. 그러나 슬프게도, 이 초전도성과 같은 데이터는 유령과 같아서 너무 모호하고, 너무 미묘하고, 포착하기가 너무 어렵고, 설득력이 없습니다. 김지훈은 몇 번의 시도 끝에 이 신호를 증폭하는 데 어려움을 겪었고 마침내 약간 낙담했습니다. 이대로 계속하면 의사가 죽을지도 모른다는 예감이 들었다. 그래서 김지훈은 멘토 최동식의 설득에도 불구하고 초전도성을 포기하고 예전의 전지 재료 연구로 돌아가기로 결심했다. 2008년 후, 김지훈 씨는 배터리 소재에 대한 연구 프로젝트로 박사 학위를 마치고 보청기 배터리를 공급하는 작은 회사에서 꾸준히 일하기 시작했습니다. 김지훈을 잃은 최동식은 오른팔을 잃는 것과 같고, 아직 졸업하지 않은 이석배에게 모든 희망을 걸고 연구를 계속할 수 있기를 바랄 뿐이다.

다행스럽게도 이석배는 현실적이고 인내심이 많았으며 그와 그의 멘토는 ISB 이론을 지속적으로 수정하고 초전도체 공식에 대한 검색 범위를 지속적으로 좁혔습니다. 하지만 아무리 노력해도 김지훈처럼 손재주가 되기는 어렵다. 9 년 후, 이석페이는 김지훈의 연구를 바탕으로 초전도체 합성 논문을 마침내 완성하고 2008 년에 박사 학위를 받았다. 그러나 그날이 너무 늦었고 이석배는 9년간의 박사 과정 동안 과학 연구에 대한 관심을 잃었고 졸업 후 사립 대학에서 교사로 일하면서 학생들에게 컴퓨터를 가르치는 것으로 전환했습니다.

최동식의 1차원 초전도 이론에 대한 연구는 배터리 회사에서 일했던 김지훈과 대학 시절을 보낸 이석배 등 두 제자였다.

 

그러나 두 사람은 1999년에 발견된 유령을 잊지 않았습니다.

2008 년 김지훈과 이석배는 각자의 부서에서 일하면서 연구 경력을 계속했습니다. 그들은 퀀텀에너지연구소라는 "가죽 가방"회사에 가입했습니다. 회사는 컨설팅 사업도 하고 가끔 실험을 하기도 하는데, 김지훈과 이석배가 실생활로 돌아오고, 초전도는 청춘의 꿈처럼 취미에 불과한 것 같다. 1999년 발견은 공포를 엿본 후 흔적도 없이 사라진 기계의 유령과 닮았습니다.

10 년, 손가락 튕김으로 두 사람은 젊음에서 중년에 들어갔다.

2017년 그의 멘토인 최동식 교수가 갑자기 중병에 걸렸고, 그가 세상을 떠났을 때 그는 특별히 김지훈과 이석배를 불러 만났다.

두 사람은 병원 침대에 누워 있는 멘토를 바라보며 과거가 떠올랐다. 죽기 전에 멘토는 두 사람에게 1999 년에 나타난 유령을 찾으라고 말했습니다. 그러나 그것이 완벽하게 실현 될 때까지 세상이 그것을 못하게하십시오.

늙은 신사의 마음 속에서, 아마도 상온 초전도는 흰 연꽃과 같아서 사소한 결함과 거짓을 허용하지 않습니다.

지난 5월, 최동식 교수가 세상을 떠났다.

이석배는 멘토의 유산을 물려받기로 결정하고 연구를 계속하기 위해 실험실을 재건하기 시작했습니다.

그러나 현실은 가혹합니다. 그와 김지훈 교수는 이 연구가 물질 검출에서 짝을 이루지 않은 전자의 특성을 감지하기 위한 전자 스핀 공명 분광계(ESR)와 자속의 약한 변화를 측정하기 위한 초전도 양자 간섭 장치(SQUID)가 필요하다고 간략하게 계산했습니다. 그러나 이러한 도구는 매우 비싸고 분명히 개인이 부담할 수 없습니다. 더욱이 이제는 모든 사람이 가족이 있기 때문에 학생 때처럼 부주의 할 수 없으며 풀 타임으로 초전도 연구를 수행하려는 경우 외부에서 자금을 조달 할 수 있습니다.

그러나 돈을 모으는 것은 얼마나 어려운가!

처음에는 멘토의 오랜 친구인 오근호 교수의 도움으로 국립과학재단에 신청서를 제출했습니다. 그러나 재단의 전문가들은 두 사람이 지난 10년 동안 단 한 편의 논문도 발표하지 않았다는 것을 알고 단호하게 거절했다.

그러나 이석배는 죽은 마음이 아니었고 권영완 교수에게 올리브 가지를 던졌습니다.

권영완 교수는 좋은 평판과 업적을 가진 고려대학교의 종신 교수이며 ESR 및 SQUID 도구에 액세스할 수 있습니다. 물론 권영완은 두 사람이 조금 아마추어적이라고 생각하지만 너무 많은 책임을 질 필요가 없다고 생각하기 때문에 자금을 얻을 수 있다면 왜 안 되겠습니까? 그래서 2017년 말에 권영은 퀀텀에너지연구소에 입사를 마치고 대학 진학을 마치고 가끔 찾아왔다.

연구실은 권영완의 축복으로 자금을 지원받았다.

2017년 말에 퀀텀에너지연구소는 ESR 장치를 구입했습니다. 2018년 초, 김지훈은 풀타임으로 팀에 합류했습니다.

김지훈의 전폭적인 헌신과 권영완 교수의 축복으로 이 작은 팀은 단순히 초전도 연구의 한국 드림팀이 되었습니다!

하지만 뜻밖에도 김지훈과 권영완은 조화를 이루지 못하고, 두 사람은 끊임없이 마찰을 빚고 있다.

권영관은 단순한 실험 현상과 데이터 목록에 만족하지 않는 학술 물리학자이며, 초전도 현상의 본질적인 이론을 발견하는 것이 연구의 목적이라고 믿습니다.

김지훈은 명확하고 반박할 수 없는 사실만이 과학의 진정한 의미라고 믿으며 ESR에서 발견된 데이터와 신호에 주의를 기울이는 실험적인 실험가입니다.

진실은 도가 다르며 음모와 같지 않다는 것입니다.

그리고 이석배는 지난 20년 동안 초전도 유령에게 다가간 사람은 김지훈뿐이라는 것을 깨달았다. 김지훈이 없으면 그들은 아무것도 성취하지 못할 것이다.

그래서 이석배는 평화 주의자로 행동하기 시작했고 둘 사이를 중재했습니다. 실험은 다시 비틀 거리기 시작했다.

2018년 초, 김지훈은 1999년에 발견된 미량 초전도 현상을 재빨리 재현했다. 이번에는 활력이 넘쳤고 유령이 코 아래로 미끄러지지 않도록 하기로 결심했습니다.

그는 끊임없이 실험을 연마하여이 덧없는 신호를 끊임없이 증폭 시켰습니다.

그러나 신호가 너무 약합니다.

이게 뭐예요? 차트에서 약간의 흔들림처럼 보일지 모르지만 실제로 일어난 신비한 사건의 희미한 메아리입니다.

김지훈은 우주의 마르코 폴로처럼 눈을 가린 채 미지의 바다에서 새로운 영토를 탐험한다. 셀 수 없이 많은 실험에서 그는 ESR의 반응을 몇 번이고 들으면서 계속해서 소리를 질렀습니다. 데이터는 좋고 나쁘며, 그는 진실에 가깝고 멀다.

시간은 하루하루 흘렀다. 이때 김지훈은 이론의 지도 아래 완전히 새로운 선별 및 검색 방법을 발명했다. 그러나 재료의 배열과 조합은 광대 한 바다와 같으며 상온 초전도체를 찾는 것은 건초 더미에서 바늘을 찾는 것과 같습니다.

이론은 거기서 멈출 수 있습니다.

2020년, 새로운 왕관이 세계를 휩쓸었고, 전염병으로 인해 실험실이 폐쇄되었고, 모두가 바다의 외딴 섬에 갇힌 것과 같았고, 외부 세계와의 접촉이 끊어졌습니다.

봉쇄 기간 중 어느 날 아침, 김지훈은 차트에서 엄청난 정점을 보았습니다! 그는 충격을 받았습니다 - 유령의 그림자가 정확하게 기록 된 것은 이번이 처음이었습니다!

그는 끊임없이 테스트합니다.

그러나 이상하게도 같은 자료로 같은 상황에서 그는이 결과를 반복 할 수 없었습니다.

우주는 농담을 한 것 같습니다. 이것이 어떻게 가능한지?

김지훈은 실험 노트를 계속 넘기며 변칙성을 정확히 테스트하는 방법을 반복했지만 결과를 찾지 못했다.

그러나 김지훈은 각 샘플이 용광로에 들어가기 전후에 사진을 찍는 좋은 습관을 가지고 있습니다.

그는 실험실 영상을 조사했고 마침내 노출된 석영관 중 하나에 균열이 있는 특이한 징후를 발견했습니다.

김지훈은 이것이 귀신을 소환하는 주문이 아닐까 궁금해했다.

그는 비디오를 면밀히 보았고 난로에서 시험관을 꺼내 저울로 옮기는 동안 실수로 팔꿈치로 테이블을 치고 시험관을 약간 부수는 것을 발견했습니다.

이때 황금빛이 다시 나타나고 깨달음을 얻었다.

 

김지훈은 납-인회석의 결정화 과정에서 어떤 섬세한 순간에 형성되는 결정 구조를 바꾸기 위해 산소를 도입해야 한다는 것을 깨닫습니다! 이것이 반복 실험의 열쇠입니다!

그 이후로 실험은 빠르게 진행되었습니다.

3개월 후, 1,000회 이상의 실험 끝에 퀀텀에너지연구소는 마침내 20년 동안 팀을 괴롭혔던 유령을 잡아 수정에 봉인하는 데 성공했습니다.

이제 손에 쥘 수 있고 철학자의 돌처럼 자기장에 반쯤 매달릴 수 있습니다.

LK-99 이석배의 항자성 성능은 황홀했습니다.

이석배와 김지훈은 1999년 미량 초전도 발견을 기리기 위해 각자의 성에서 편지를 따서 신소재 LK-99라는 이름을 붙였다.

LK-99의 화학 구조는 권영완이 기절했음을 보여주었습니다. 그는 꿈에서 깨어나 물리적 관점에서 이론적 분석을 시도하기 시작했습니다. 그는 처음에 최동식의 초전도 이론을 믿지 않았고, 1차원 초전도 이론이 실험 현상을 설명할 수 있다고 믿지 않았다. 권영완은 자신이 다른 모든 과학자들보다 한 발 앞서 있다는 것을 이해하고 있으며, 그 이면의 원리를 먼저 파악할 수 있다면 노벨상도 그를 가질 것입니다.

이로 인해 그와 다른 팀원들 사이에 직접적인 갈등이 생겼습니다.

이 시점에서 결과가 발표되기를 기다리고 있었고 팀은 분할되었습니다. 새로운 문제가 우리에게 왔습니다.

퀀텀에너지연구소는 보다 포괄적인 측정을 수행할 수 있는 자금과 장비가 없었습니다. 이 초전도 물질이 일반 물질이 되는 임계 온도는 일반 장비의 측정 범위를 넘어서도 매우 높습니다!

마침내 2020 년에 팀은 다양한 어려움을 극복하고 편집자의 호의를 얻기 위해 Nature 저널에 제출할 논문을 완성했습니다. 불행하게도, 그 원고는 신속히 거절당했다 – 그것은 매우 시기적절하지 않았고, 로체스터 대학의 랑가 디아스(Ranga Dias)는 상온 초전도에 대한 속임수에 노출된 지 얼마 되지 않았다. 권영완은 거절의 이유가 본문에서 최동식의 1차원 초전도 이론이 충분히 완전하지 않기 때문이라고 생각한다.

약간의 논의 끝에 더 권위 있는 교수들의 참여로 논문을 출판해야 한다는 데 동의했습니다. 이때 미국 윌리엄앤메리대학의 김현초 교수가 초전도 논문을 발표하자 모두가 한국인이라는 운명을 근거로 김현초 교수와 접촉을 시도하기 시작했다.

반면 김 교수는 주류 과학자의 정상적인 반응을 보여주며 정중하게 미국에서 실험을 해보라고 권유했다.

물론 이석배는 LK-99가 김현초의 눈앞에 정확하게 보여져야만 설득되고 감동받을 수 있다는 뜻이라는 것을 이해했다. 그러나 봉쇄로 인해 국경 간 통신이 어려워졌습니다.

팀은 환상을 포기하고 특허 출원과 새로운 논문 작성을 시작해야했습니다.

팬데믹으로 인해 퀀텀에너지연구소의 진행 속도가 크게 느려졌습니다.

이석배는 팀에게 LK-99의 기상 증착 준비와 같은 후속 연구에 집중할 것을 요청했으며, 이는 후기 단계에서 대규모로 적용되는 경우 전자 생산의 조립 라인에서 완료되어야합니다. 권 교수는 이론 연구에 집중하기 위해 2021년 말 대학에 안식년을 신청했다.

퀀텀에너지연구소는 LK-99가 작동하는 이유를 설명할 수 있는 완벽한 이론을 가지고 있지 않으며, 전체 실험이 매우 까다롭습니다. 실험용 분말은 모르타르 및 유봉과 균질하게 혼합되어야하며 과립은 완전히 균질해야합니다. 미리 혼합 된 분말을 구입하거나 모르타르와 유봉을 사용하지 않거나 용광로에서 냉각 스테이션으로의 이동이 너무 느리더라도 결정화가 실패합니다. (이것이 최근 전 세계 실험실에서 결과를 재현하지 못한 이유 일 수 있습니다.)

현재 석영관이 용광로를 떠나는 신비한 순간에 시험관을 빠르게 부수어 이 마법의 경석을 만들 수 있는 사람은 전 세계에 단 한 명뿐입니다.

이 사람은 김지훈입니다.

시간이 지남에 따라 한국의 전염병 통제가 느슨해지기 시작했습니다. 미국의 김현조 교수는 바다를 건너 마침내 전설적인 LK-99를 보았고, 그는이 마법의 재료에 즉시 감동했습니다. 초전도 연구는 마침내 이 순간에 중요한 전환점을 열었습니다.

김지훈의 도움으로 김현초는 미국에서 LK-99를 독자적으로 복사 할 수있게되었습니다. 이 물질의 수율은 매우 낮으며 우발적 인 성공을 거두기 위해서는 약 10 번의 준비가 필요합니다.

이 물질을 완전히 연구하려면 퀀텀에너지연구소에 더 많은 자금이 필요합니다[1].

그러나 김현초의 영입은 팀 구조도 바꿔 놓았는데, 권영완은 소외되었고, 분업은 덜 중요해졌으며 오징어 측정만을 담당했다. 2023년 3월, 치열한 충돌 끝에 권영완은 큐센터에서 해고됐다.

우리 모두 알다시피 노벨상은 최대 3명만 나눠 가질 수 있고, 이석배와 김지훈은 두 자리를 차지해야 하고, 권영완은 김현초와 자신이 한 사람만 명단에 오를 수 있다는 것을 알고 있고, 노벨상 수상에 대한 희망은 매우 희박해졌다.

7월 22일 오전 7시, 권영완은 arXiv에 대한 첫 번째 논문을 선제적으로 발표했습니다. 당시 LK-99의 연구가 완벽하지 않았고 너무 일찍 논문을 발표하는 것이 현명하지 않았지만, 권영완은 최후의 노력을 기울였어야 했다.

얼마 지나지 않아 우리는 김현초가 두 시간 반 후에 더 자세한 논문을 발표했다는 것을 알았는데, 물론 그 논문에는 권영완의 이름이 포함되어 있지 않았다.

 

 

7 월 31 일, 미국 최고의 실험실 인 로렌스 버클리 국립 연구소 (LBNL)의 연구원 인 Sinid M. Nanostructured Materials Theory. Sin éad Griffin은 밀도 함수 이론 (DFT)과 GGA + U 방법을 계산에 사용하여 최근 한국 팀의 소위 "상온 및 대기압 초전도 재료"에 대한 이론적 기초를 제공하고 초전도 재료 연구에 새로운 방향과 계몽을 제공했다고 밝혔다