일본 도쿄도립대 연구진이 두 가지 물질을 혼합해 키랄 결정 구조를 지닌 새로운 초전도체를 만들었다. 새로운 백금-이리듐-지르코늄 화합물은 2.2K 이하에서 초전도체로 변하며 X선 회절을 통해 키랄 결정 구조를 관찰할 수 있다. 이 기술 솔루션은 새로운 이국적인 초전도 물질의 발견과 이해를 가속화할 것으로 기대됩니다. 해당 논문은 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society) 최신호에 게재됐다.

아키랄 초전도 물질과 키랄 비초전도 물질은 서로 다른 원소 비율로 결합되어 두 가지 특성을 모두 지닌 새로운 화합물을 생성합니다.
이미지 출처: 도쿄도립대학

과학자들은 초전도 물질의 특이한 특성이 구조에서 어떻게 발생하는지, 구조를 제어하여 바람직한 특성을 달성할 수 있는 방법을 이해하기를 희망합니다. 흥미로운 연구 개발 중 하나는 키랄성 문제입니다. 많은 구조가 키랄 구조인데, 이는 거울상에 겹쳐질 수 없다는 것을 의미합니다. 초전도체의 키랄성 효과는 높은 자기장에 노출될 때 초전도체를 더욱 안정적으로 만들 수 있습니다.

도쿄 수도 대학 팀은 키랄 화합물을 검색하는 새로운 방법을 도입했습니다. 화합물 목록을 샅샅이 뒤지는 대신 알려진 물리적 특성을 지닌 두 가지 화합물을 혼합했습니다. 하나는 초전도성을 가지지만 키랄성이 없는 백금-지르코늄 화합물이고, 다른 하나는 키랄성은 있지만 초전도성이 없는 이리듐-지르코늄 화합물이다. 두 가지 화합물을 서로 다른 원소 비율로 결합하면 물리적 특성을 효과적으로 "혼합 및 일치"할 수 있어 키랄 결정 구조와 초전도성을 모두 갖춘 새로운 물질을 제안할 수 있습니다.

연구팀은 먼저 다양한 혼합 비율을 살펴본 결과, 이리듐 함유량이 약 80%일 때 상온에서 키랄 결정 구조의 비율이 급격히 증가한다는 사실을 발견했습니다. 시료를 저온으로 냉각하면 최대 약 85%까지 초전도성을 확인할 수 있었다. 이로 인해 키랄성 및 초전도성 특성이 모두 나타날 수 있는 "작은 창"이 남습니다. 분명히 그들의 새로운 화합물은 키랄 구조를 가진 초전도체입니다.

연구팀은 초전도가 표면이 아닌 벌크에서 발생한다는 사실도 확인했다. 그들의 연구는 새로운 이국적인 초전도체를 생성하기 위한 "매시업" 방법의 잠재력을 보여줍니다.

과학자들이 키랄 초전도체를 탐구하는 이유는 무엇입니까? 키랄성은 이름에서 알 수 있듯이 우리의 왼손과 오른손과 같아서 같은 것처럼 보이지만 실제로는 하나로 겹칠 수 없습니다. 키랄성은 널리 존재하며 자연의 기본 속성이라고 할 수 있습니다. 초전도성은 물리학에서 가장 흥미로운 현상 중 하나입니다. 오랫동안 과학자들이 검증한 초전도 물질은 비키랄성(achiral)이며, 동일한 물질에서 키랄성과 초전도성이 동시에 발견되는 경우는 거의 없다. 대부분의 물질이 키랄이기 때문에 이는 초전도체 개발에 있어서 좋은 소식이 아닙니다. 이 둘의 통합은 미래에 전력 효율을 크게 향상시키는 초전도체를 만드는 열쇠가 될 수 있다.