우리대학 방윤규 교수(물리학과)가 원자폭탄의 원료인 플루토늄을 기반으로 하는 화합물의 초전도 현상을 세계 최초로 규명했다.

이에 따라 플루토늄이 인류 복지와 세계 평화를 위해서도 매우 중요한 물질이라는 점이 입증됐고, 우리나라 초전도 연구가 세계 최고 수준이라는 사실을 전 세계에 입증했다.

방 교수는 미국 로스 알라모스 국립연구소 공동연구팀과 함께 절대온도 18.5K에서 초전도 현상을 보이는 플루토늄(Pu)이 포함된 화합물(PuCoGa5)의 초전도 현상을 이론적으로 규명해 지난달 31일 세계적인 과학저널인 네이처 지에 ‘플루토늄(Pu) 화합물(PuCoGa5)의 비일반적 초전도현상(Unconventional superconductivity in PuCoGa5)’이라는 제목으로 발표했다.

초전도체란 전기가 흐를 때 저항이 없어지는 물질로서 초고속 슈퍼컴퓨터, 마이크로파 통신, 뇌파 측정 등에 활용할 수 있는 ‘꿈의 물질’로 불린다. 방 교수는 이 논문에서 플루토늄 원자의 f-궤도 전자의 양자역학적 특성에 주목해 플루토늄 원자의 f-궤도전자가 씨리움(Ce) 원자의 f-궤도전자와 구리산화물의 d-궤도 전자의 중간적인 특성이 있음을 밝혀냈다.

그 결과 씨리움(Ce) 원자를 기반으로 하는 초전도화합물의 초전도 온도가 대략 2K 이며, 구리산화물을 기반으로 하는 초전도화합물(통상 고온초전도체)의 초전도 온도가 대략 1백K 인데 비하여, 왜 플루토늄 초전도체에서의 초전도 임계온도가 두 화합물의 임계온도 2K와 1백K의 중간 정도인 18.5K를 갖는지를 규명함으로써 최근 20년간 현대 물리학 분야의 가장 어려운 미해결 과제였던 고온초전도체 현상을 규명하는데 결정적인 단서를 제공했다. 더 나아가 이 연구는 d-궤도 및 f-궤도 전자들로 이뤄진 금속들의 양자 역학적 거동을 이해하는데도 통일적인 이론적 토대가 될 것으로 기대된다.

/대학부