[🔨활용] 빈 공과대학교 관련 기사 번역본 전문

https://phys.org/news/2023-08-newly-material-properties-advantageous-superconductivity.html

Newly discovered material has properties that could be advantageous for superconductivityLK-99 is the name of the material that is being hotly debated around the world these days: A Korean research group published results at the end of July 2023 on the preprint server arXiv suggesting that it could be a superconductor even at room temperature and normal atmospheric pressure. Superconductors known to date retain their properties only when either cooled to very low temperatures or subjected to extremely high pressure.phys.org

슈퍼전도에 유리할 수 있는 특성을 가진 새로운 물질 발견
비엔나 공과대학교에 의해

Pb9Cu(PO4)6O의 결정 구조: (a) 측면에서 본 단일 단위 셀; (b) 위쪽에서 본 네 개의 단위 셀과 주변 원자. 한 가지 확실하지 않은 점은 한 수식 단위당 하나의 추가 O이 어떤 위치에 있고, Cu가 어느 Pb 위치에 대체되는지에 대한 것입니다. 추가 O는 (a)에 표시된 것처럼 어두운 빨간색 위치나 대신 비어 있는 하얀 원 중 하나를 차지할 수 있습니다. 단위 셀에 있는 10개의 Pb 원자는 두 가지 대칭 클래스에 속합니다: Pb(1) [어두운 회색]과 Pb(2) [밝은 회색]. 후자는 추가 O 주변에 위치하고 있습니다, (b)를 참조하세요. 그러나 우리의 DFT 계산에 따르면, Cu 원자가 가능한 한 추가 O로부터 멀리 떨어져 있어야 에너지적으로 유리하다, 즉 Pb(2) 클래스의 파란색 Pb10 위치를 차지해야 합니다. 이로써 우리는 - 납-아파타이트 구조와 단위 셀로서의 단일 수식 단위에 - 표시된 구조를 가지게 됩니다. 크레딧: arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2308.00676

LK-99는 요즘 세계에서 뜨거운 논쟁의 대상이 되고 있는 물질의 이름입니다. 한국 연구팀은 2023년 7월 말에 arXiv 사전 인쇄 서버에 이 물질이 상온과 정상적인 대기압에서도 슈퍼전도체가 될 수 있음을 제안하는 결과를 발표했습니다. 지금까지 알려진 슈퍼전도체들은 매우 낮은 온도로 냉각되거나 극도의 고압을 받아야만 그 특성을 유지할 수 있습니다.

이 가정이 확인된다면, 이는 엄청난 돌파구가 될 것입니다. 이처럼 고온 슈퍼전도체는 재료 과학의 '성배'라고 반복적으로 언급되었습니다. 이런 물질은 전기를 발생, 전송, 저장하고 전기 모터를 사용하는 방식을 혁신할 것입니다. 그러나 여전히 합당한 의심이 있습니다.

TU Wien(비엔나)에서 이 물질이 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석되었고 일부 흥미로운 발견이 이루어졌습니다: 계산된 전자 상태는 실제로 슈퍼전도에 상당히 유리합니다. 물론, 이것은 아직 슈퍼전도의 증거는 아니지만, 이는 새로운 물질에 진지한 주의를 기울여야하는 또 다른 이유입니다.

첫걸음은 밴드 구조입니다.
Liang Si 교수(북서대학교 시안)와 Karsten 교수(TU Wien의 고체물리학 연구소)는 이 새로운 물질 LK-99이 알려지자마자 컴퓨터 시뮬레이션을 시작했습니다. "물질의 밴드 구조가 중요합니다." Karsten Held가 설명합니다. "이것은 이 물질의 전자들이 가질 수 있는 속도와 에너지의 조합을 알려줍니다. 밴드 구조를 알면 물질의 전기적 특성에 대해 많은 것을 말할 수 있습니다."

Liang Si와 Karsten Held는 밀도 함수 이론을 사용하여 이 밴드 구조를 계산할 수 있었습니다. 그 결과, 전자들 사이의 전기적인 반발력으로 인해 순수한 형태의 물질은 실제로 모트 절연체라고 불리는 물질이어야 합니다—즉, 슈퍼전도체와 반대로 전류를 전혀 전달하지 않는 물질입니다.

따라서 실험에서는 무심코 도핑된 버전의 물질이 사용되었을 것입니다—즉, 특정 추가 원자가 포함된 것입니다. 그리고 이러한 도핑에 의해 물질에 추가 전자가 추가되면 (또는 그 반대: 제거되면) 결과는 완전히 다르게 보입니다.

"밴드 구조에서 비교적 평평한 선들을 보고, 이런 밴드 구조에서 슈퍼전도를 이끌어내는 다양한 메커니즘이 있다는 것을 알고 있습니다."라고 Held는 말합니다. 따라서 LK-99(적절한 도핑과 함께)가 슈퍼전도체일 가능성이 있다고 보입니다. "이는 베이징의 다른 연구 그룹에 의해 확인되었으며, 이 그룹

은 초기 실험에서 LK-99가 패러마그네틱 절연체라는 결론을 내렸습니다. 슈퍼전도를 가능하게 하는 밴드 구조를 얻기 위해서는 물질을 도핑해야 합니다."라고 Held가 말했습니다.

다른 세 연구 그룹도 동시에 비슷한 결과를 얻기 위해 밀도 함수 이론 계산을 수행했습니다. "이것은 아직 고온 슈퍼전도의 증거가 아니며, 슈퍼전도체가 아닐 가능성이 여전히 있습니다. 그러나 우리의 결과는 적어도 이것이 오랫동안 찾아온 고온 슈퍼전도체일 수 있다는 희망을 키웁니다."라고 Held는 말합니다.

슈퍼전도인가? 방자성인가?
슈퍼전도체가 자석 위에 놓이면, 슈퍼전도체의 표면에 전류가 흐르기 시작하고, 이는 차례로 자기장을 생성합니다. 슈퍼전도체는 자석에 의해 밀려나고 따라서 자석 위에 떠 있을 수 있습니다. 따라서, LK-99가 슈퍼전도체라는 중심적인 주장 중 하나는 LK-99가 자석 위에 떠 있는 영상이었습니다. 이 실험들은 이후에 다른 실험 그룹들에 의해 확인되었습니다.

그러나 이것이 다른 효과일 수도 있다는 비판이 제기되었습니다—즉, 다양한 형태의 자기성이 있으니까. 가장 잘 알려진 것은 철의 부분이 자석으로 끌려오는 페로자성입니다. 패러마그네틱 물질도 자석으로 끌려올 수 있지만, 철과 달리 스스로 영구적으로 자화할 수는 없습니다. 이와 반대는 방자성입니다: 방자성 물질은 자석에 의해 밀려납니다.

"따라서, LK-99가 자석 위에 매달려 있는 경우, 이것은 보통의 방자성일 수도 있다는 것이 상상 가능합니다. 이것은 최근 몇 일 동안 여러 차례 의심되었습니다."라고 Held가 말합니다. 그러나 이론적 계산에 따르면, 그 자신은 이를 덜 가능하다고 생각합니다.

"우리가 계산한 전자적 특성은 LK-99가 방자성이라는 기대를 주지 않습니다. 반대로, 전자의 분포를 고1려하면, LK-99는 오히려 패러마그네틱일 것으로 예상됩니다." 베이징의 실험은 정확히 이것을 보여주며, 패러마그네틱 절연체입니다. 이는 LK-99 샘플의 레비테이션이 실제로 슈퍼전도 상태로의 전환을 나타내는 것을 의미할 수 있습니다.

재료 과학의 "성배"가 이제 발견되었나요? 이를 확인하기 위해 많은 단계가 더 필요합니다. "아직 의심해야 할 아주 좋은 이유들이 있습니다."라고 Held는 말합니다. "현재로서는 이것이 실제로 고온 슈퍼전도체라고 내기하진 않겠습니다—적어도 1:1의 내기 확률로는 말입니다. 그러나 결과는 적어도 LK-99가 실제로 매우 흥미로운 물질이며, 더 자세히 살펴볼 가치가 있다는 것을 보여줍니다. 여전히 흥미진진합니다."

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