미 에너지부의 브룩헤이븐 국립 연구소(Brookhaven National Laboratory), 콜롬비아 대학(Columbia University), 쿄토 대학(Kyoto University)의 연구팀은 새로운 종류의 초전도체에서 독특한 전기적 특성을 발견했다. 이 연구결과는 저널 Nature Communications에 게재되었고, 새로운 종류의 티타늄-옥시프닉타이드(titanium-oxypnictide)와 큐프레이트(cuprate), 철-프닉타이드(iron-pnictide) 사이에 예상치 못한 연결 고리가 존재한다는 것을 증명했다. 이것은 과학자들이 고온 초전도체의 신비에 대한 더 깊은 고찰을 달성하는데 도움을 줄 수 있을 것이다. 

“이 새로운 재료를 찾은 것은 이집트의 새로운 파라오 무덤을 찾은 것과 조금 유사하다” 고 이 연구를 이끌었던 Simon Billinge가 말했다. “초전도체의 신비를 해결하기 위해서 이와 같이 서로 다르지만 관련된 시스템을 발견할 필요가 있다”고 Billinge가 덧붙였다. 

초전도성을 이용하거나 에너지 손실이 없이 전기를 전도하기 위해서는 특정 재료의 능력을 이용하는 것이 가장 유망한 기술 중의 하나이다. 그러나 대부분의 초전도체는 매우 낮은 온도에서 작동하기 때문에, 그들은 일상생활에 적용하는데 유용하지 않다. 1980년대에 고온 초전도체가 발견되었고, 이것은 이 재료가 에너지 손실이 없는 전선에 적용할 수 있는 기회를 제공한다. 

“이 티타늄-옥시프닉타이드 화합물은 다른 초전도 시스템과 구조적으로 유사하고, 그들은 저항 이상(異常)을 불러오는 깨진 대칭을 나타내는 신호이다. 그러나 이전의 모든 측정에서 어떤 종류의 전하 밀도 파의 신호도 발견하지 못했다. 이것은 신비로운 현상”이라고 Emil Bozin은 말했다. “우리는 이런 현상을 조사하기 위해서 이 연구를 수행했다”고 Bozin은 덧붙였다. 

이번 연구팀은 깨진 회전 대칭 효과를 조사했다. 이번 연구팀은 다음과 같은 두 종류의 회절 연구를 수행했다: 로스 앨러무스 국립연구소(Los Alamos National Laboratory)의 로스 앨러무스 중성자 과학 센터(Los Alamos Neutron Science Center)의 중성자 산란 실험, 브룩헤이븐 국립 연구소의 투과 전자 현미경을 이용한 전자 회절 실험. 

“우리는 특별한 유형의 네마틱 상태를 형성하는데 구조적 변화가 존재하는지를 조사하기 위해서 일련의 온도 및 기타 조건을 가진 초전도체의 분말 샘플에 입자 빔을 주사하고 형성된 패턴을 관찰하였다”고 이 논문의 제 1 저자인 Ben Frandsen은 말했다. 

이 실험은 저온에서 대칭이 깨진다는 것을 밝혔다. 실험주의자와 이론학자 간의 협력적인 노력으로 특별한 네마틱 정렬 특성을 가진다는 것을 확인했다. “이 연구에서 중요한 것은 우리가 다양한 상보적인 실험적 방법들을 수립했다는 사실이다. 이 실험적 방법은 이론적 고찰에 중요한 역할을 했다”고 Billinge가 말했다. 

티타늄-옥시프닉타이드 속의 네마틱의 발견은 이런 재료들이 초전도성과 전자 대칭의 관계를 확인하는데 도움을 줄 수 있을 것이다. 즉, 티타늄-옥시프닉타이드의 구조적 및 화학적 특성들이 큐프레이트와 철-프닉타이드 고온 초전도체 간의 것들을 연결하는데 매우 기여할 것이다. 이 연구결과는 저널 Nature Communications에 “Intra-unit-cell nematic charge order in the titanium-oxypnictide family of superconductors”라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1038/ncomms6761). 

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』