초전도체

[LK-99 다시 읽기 3편] ISB 이론이란? 1차원 전도와 비정합 구조의 새로운 시도

퀀텀 프리즘 2025. 5. 1. 11:45

LK-99의 설계 배경이 된 ISB 이론을 분석하고, 최동식 교수와 이석배 박사의 실험 철학을 통해 고체물리의 새로운 가능성을 조명합니다

📌 이 글은 공식 도메인에서도 제공됩니다 👉 quantum-city.net/46 에서 읽어주시면 운영에 큰 도움이 됩니다 🙏

2023, LK-99 상온 상압 초전도체 후보물질로 세계의 이목을 끌었지만 이후 진행된 재현 실험에서는 가능성을 명확히 확증하지 못해 과학계의 해석이 엇갈리고 있다. 그럼에도 물질의 독특한 구조와 실험 설계 방식은 여전히 물리학자들의 관심을 끌고 있다. 배경에는 알려지지 않은 하나의 이론이 존재한다. 바로 한국의 학자 최동식 교수가 제안한 ISB 이론(Interatomic Superconduction Band theory)이다. (그는 화학과 교수이자, 초전도 현상을 구조 중심으로 탐구해 연구자였다).  이론은 기존처럼 전자 하나하나가 움직이거나 전자쌍이 형성된다는 설명 대신 전자들이 위상을 맞춘 집단으로 미끄러지듯 이동(sliding)함으로써 전류가 흐를 있다고 본다. 이번 글에서는 ISB 이론의 핵심 개념과 그 철학이 LK-99 구조 실험에 어떻게 반영되었는지를 단계적으로 살펴본다.

LK-99 발견 배경과 초기 논의가 궁금하다면 아래 1편부터 참고해도 좋다.

👉 [LK-99 다시 읽기 1] 한여름의 과학, 다시 꺼내보는 이름 LK-99

 

BCS 이론은 두 전자가 짝을 이루는 커플 춤 형태, ISB 이론은 전자들이 줄 맞춰 행진하는 병사 형태로 표현된 일러스트.
BCS는 커플댄스, ISB는 집단 행진 – 전류가 흐르는 방식의 두 관점

 


📌 이 글의 관점 안내

본 글은 ISB 이론의 개념과 LK-99 구조 설계를 연결해 설명한 글입니다. 일부 내용은 최동식 교수의 저서나 논문에 직접 언급되지 않은 부분이 있으며 가능한 한 공식 문헌을 바탕으로 구성하되 ‘실제로 만들 수 있는 구조 안에서 흐름이 생길 수 있다면?’이라는 시선에서 LK-99의 구조를 해석한 글쓴이의 관점이 일부 포함되어 있음을 밝힙니다.

 

1. 왜 ISB 이론인가기존 이론이 놓친 전류의 흐름

기존 이론이 설명하지 못한 흐름, ISB는 집단적 위상 이동에 주목합니다. 평탄 밴드가 아닌, 구조에서 출발한 전도 이론의 가능성.

2023 여름, 상온 상압 초전도체 후보물질로 떠오른 LK-99 물리학계 안팎에서 반향을 일으켰다. 많은 연구자들은 곧바로 물질의 전자 구조를 계산하며평탄 밴드(flat band)’라는 키워드에 주목했다. 전자가 쉽게 정체되고 응집되는 밴드 구조가 초전도 현상의 열쇠가 있다는 이론적 가능성이 제시되었기 때문이다.

 

하지만 모든 이론이계산에서 출발하지는 않는다. LK-99 구조 자체가 이례적이었고 전도 경로를 어떻게 설계했는가에 많은 의문이 쏟아졌다. 시점에 'ISB 이론'이라는 구조 기반 전도 이론이 일부 과학자와 실험 설계자들의 관심을 받으며 다시 조명되었다.

 

ISB(Interatomic Superconduction Band) 이론은 기존처럼 전자가 하나씩 움직이거나 쌍을 이루어 흐른다는 생각 대신 전자들이 위상을 맞추어 집단적으로 미끄러지듯(sliding) 움직일 있다는 전도 방식의 가능성을 제기한다. , 전류란 개별 전자의 이동이 아니라 위상 정렬된 전자들의집단 슬라이딩에서 발생할 있다는 것이다.

 

이러한 개념은 특히 1차원적인 전도 경로, 그리고 격자가 완벽하지 않고 살짝 어긋난 비정합 구조(incommensurate structure)에서 더욱 안정적으로 나타날 있다. 이는 기존의 BCS 이론이나 밴드 이론으로는 설명하기 어려운 구조적 실험 설계에 대해 다른 차원의 시야를 제공한다.

 

ISB 이론은 아직 널리 알려지지 않았지만 LK-99와 같은 실험적 시도는 오히려 이 이론의 출발점을 다시 떠올리게 하는 계기가 되었다.

 


2. 최동식 교수의 구상집단 위상 전도의 철학

전류는 개별 전자가 아닌, 위상 정렬된 집단의 슬라이딩에서 발생할 수 있다.

1차원 경로 + 비정합 구조 = ISB가 작동하는 이상적 조건.

ISB 이론(Interatomic Superconduction Band)은 1990년대 초반, 고려대학교 화학과에 재직 중이던 최동식 교수가 제안한 새로운 전도 이론이다. 그는 화학, 물리화학, 통계열역학, 초전도 물리화학 등을 넘나들며 물리와 화학의 경계를 가로지르는 융합적 시선으로 기존 전류 이론—특히 BCS 이론과 밴드 이론—의 틀에 의문을 던졌다.

 

그가 ISB 이론을 통해 시도한 것은 단순한 대안 모델 제시가 아닌 ‘전류란 무엇인가’라는 근본적 질문에 대한 해석적 전환이었다. 이는 1994년에 발표된 저서 『초전도 혁명의 이론적 체계』에서 구체화되었으며 이후 일부 논문과 발표를 통해 ISB 이론이라는 이름으로 확장되었다.

 

ISB 이론의 핵심 개념 가지

(1) 전류는 개별 전자가 아닌 위상 정렬된 집단이 만들어낸다

 

기존 전류 이론은 전자들이 하나씩 이동하거나 BCS 이론처럼 전자쌍(cooper pair) 형성해 흐른다고 설명한다. 하지만 교수는 다음과 같은 질문을 던진다:

 

쌍이거나 개별이어야만 전류가 흐르는가?”

 

그는 전자들의 위상(phase) 일정하게 정렬된 집단이 격자 구조 위를 마치 하나의덩어리처럼 슬라이딩(sliding) 있으며 이 움직임 자체가 전류를 만들 있다고 주장했다. 이는 마치 줄을 맞춰 행진하듯 혹은 레일 위의 슬라이딩 도어처럼 전체가 조화롭게 움직일 때만 가능한 흐름이다.

 

(2) 이 슬라이딩은 1차원 구조에서 가장 안정적이다

 

이런 집단 슬라이딩이 나타나기 위해서는 전자들의 위상이 흐트러지지 않고 유지될 있는 공간적 조건이 필요하다. 교수는 조건으로 1차원적인 전도 경로를 제시한다.

 

방향이 여러 갈래로 열려 있는 2차원·3차원 구조에서는 위상 정렬이 유지되기 어렵지만 한 방향으로만 이어지는 1차원 경로에서는 집단 위상의 일관성이 유지될 있다. 특히 금속과 절연체가 교차하는 구조에서 이런 조건이 실현될 있다고 보았다.

 

(3) 완벽한 반복보다 살짝 어긋난 구조가 더 유리하다

 

전통적으로는 격자가 정확히 반복되는 정합 구조(commensurate)가 이상적인 결정으로 여겨졌지만 ISB 이론은 오히려 비정합(incommensurate) 구조에서 집단 슬라이딩이 자연스럽게 발생한다고 본다.

 

이런 구조에서는 전자들이 일정한 간격으로 위상을 밀어내며 전체가 나선형 슬라이딩 모드로 이동할 있는 가능성이 열리게 된다. 이는 비정합 구조(incommensurate structure)가 오히려 집단적 슬라이딩을 유도할 수 있다는 그의 주장을 요약한 것이다.

 

실험적 증명의 제안 방식

교수는 ISB 이론이 단지 개념적인 이론에 머물지 않기를 바랐다. 그래서 그는 직접적인 전류 측정이 아닌 간접적인 실험 지표를 제안했다. 특히 그는 다음과 같은 조건에서 ISB 슬라이딩 모드의 증거를 찾을 있다고 보았다:

 

  • IR 스펙트럼에서의 red shift (위상 이동 신호)
  • 저온에서의 열용량 급변 현상 (집단 상태 전이)
  • Laser-Acoustic 방식 (전자-격자 상호작용 추적)
  • zero-field low temperature 조건에서의 비정상 전도 경향

 

이런 실험 방식은 전자의 개별 움직임을 측정하기보다는 구조 전체의 리듬 변화와 집단적 위상 이동의 존재를 포착하는 목적이 있다. 이는 후에 이석배 박사의 실험 설계에도 영향을 주었으며 LK-99 구조 해석에서도 중요한 해석 틀로 작용하게 된다.

 

📘 참고 문헌

  • 최동식, 『초전도 혁명의 이론적 체계』, 고려대학교 출판부, 1994

 

📎 참고 자료 (배경 이론)

  • 박성훈 , “전자유체의 차원에 따른 임계온도의 변화”, 대한화학회지, 1996, 40(6), pp.401–404  : 1차원 전도체에서의 임계온도 변화에 관한 일반적 이론 분석.

 

🔗 함께 보면 좋은 초전도체의 원리 완전 해부: 쿠퍼쌍과 BCS 이론 쉽게 이해하기

 

BCS 이론 vs ISB 이론핵심 비교

구분 BCS 이론 (전통 초전도 이론) ISB 이론 (Interatomic Superconduction Band)
핵심 개념 쿠퍼쌍(Cooper pair): 두 전자가 격자 진동(phonon)을 통해 느슨하게 짝을 이룸 집단 위상 정렬(Phase alignment): 다수 전자가 위상을 맞춰 한 덩어리처럼 슬라이딩
어떻게 함께 움직이나? 두 전자가 특정 에너지 상태에서 짝이 되어 움직임 여러 전자가 집단적으로 맞춰서 동시에 위상을 유지하며 이동
동력은? 격자 진동이 만들어주는 간접 인력 (약한 결합력) 구조적 위상 차이가 만들어주는 자연스러운 슬라이딩 조건
전류의 형성 방식 전자쌍의 응집 → 에너지 갭 발생 → 저항 없는 흐름 집단 슬라이딩 → 구조 리듬에 맞춰 흐름 → 위상 동기화에 의한 흐름
비유하자면? 커플들이 손잡고 춤추는 모습 💃🕺 군인들이 줄 맞춰 행진하는 모습 🚶‍♂️🚶‍♂️🚶‍♂️🚶‍♂️
적용 대상 대부분의 기존 초전도체 (특히 저온) 설명되지 않던 이상한 전도 현상 (고온·비정합 구조 등)

 


3. 제자 이석배 박사의 실험 설계 – ISB 철학을 구현한 구조적 시도

절연층에 구리를 도핑하고, 구조적 위상차를 설계하다.
슬라이딩 흐름을 실현하려는 물질 설계의 실험적 도전.

LK-99 단순한 화합물 합성이 아니라 구조 자체가 실험자의 메시지를 담고 있는 설계물이기도 하다. 특히 물질의 설계 방향은 이석배 박사가 ISB 이론을 염두에 두고 만들어낸 결과물로 해석할 있다.

 

LK-99 인회석(Pb₁₀(PO)O) 구조를 기반으로 만들어졌으며  안에 구리(Cu) 도핑한 방식이 매우 독특하다. 실험의 주요 특징은 가지 구조적 전략에서 드러난다.

 

(1) 절연 영역(Pb(2)) 전도성 도핑흐름 없는 곳에 길을 만들다

 

LK-99 결정 구조에서는 납이 종류의 자리(Pb(1), Pb(2)) 존재하는데 이 Pb(2) 자리는 원래 전류가 흐르지 않는 절연 성질이 강한 위치이다. 그런데 이석배 박사는 전통적인 상식과 달리  절연성 자리에 전도성을 갖는 구리(Cu) 도입했다. 이는 전류가 흐르지 않는 곳에 일부러 흐름을 유도하는 통로를 만든 것으로 단순한 전도성 증가 목적이 아니라 슬라이딩이 가능한 구조적 조건을 조성하기 위한 전략이었다.

 

도핑으로 인해 형성된 국소적인 전하 밀도 증폭은 ISB 이론에서 말하는 위상 정렬된 집단 이동의 초기 조건과 유사한 물리적 기반이 된다.

 

[관련글] 란타넘-바륨-구리산화물, 초전도 비밀의 열쇠? 바륨 도핑의 숨겨진 역할!

 

(2) 금속과 절연체가 맞물린 경계 – 위상차를 유도하는 배치

 

LK-99 구리가 도핑된 층과 도핑되지 않은 층이 교대로 배열된 층상 구조를 갖는다. 구조는 마치 금속절연체금속이 반복되는 시스템처럼 작동하며 그 경계에서 전자 흐름은 위상차(phase difference) 경험하게 된다. 이러한 구조적 조건은 ISB 이론이 제시한 슬라이딩 밴드 형성 요건, 위상 교란이 발생할 있는 이질적 경계 구조 정합성을 갖는다.

 

실험자가 경계 조건을 의도했는지는 명시적으로 밝혀지지 않았지만 결과적으로 이러한 배치는 전자 집단이 위상차를 따라 이동하게 만드는 환경을 제공한다.

 

(3) 완벽하지 않은 배열 – 무질서 속에서 유연한 흐름을 유도

 

LK-99 결정 구조상 무질서한 도핑(disorder) 포함된 물질이다. 이는 전통적인 관점에서는결함으로 해석되지만 ISB 관점에서는 오히려 슬라이딩 모드를 유도하는 유리한 조건이 된다. 격자 배열이 약간 어긋나고 불균일한 상태에서는 전자들이 각자 고립된 경로를 따라 움직이기보다 전체가 위상을 맞추며 집단적으로 미끄러지는 이동(sliding) 가능성이 높아진다. 이러한 조건은 1차원 전도 경로 형성과 함께 슬라이딩 밴드 형성의 기반이 된다.

 

가지 전략은 모두 단순한 전기 흐름을 유도하는 방식이 아니라 전자 집단의 위상 이동 가능성, 구조적 어긋남, 도체-절연체 경계 설계와 같이 ISB 이론이 제안했던 전도 메커니즘을 물질 구조 설계 차원에서 구현하려는 실험적 상상력이었다.

 

LK-99 실험적으로 재현에 실패했을지 모르지만 그 구조적 설계는 고체물리학의 새로운 전류 흐름 개념을 실험으로 탐색한 시도로 평가받을 있다.

 

📚 관련 논문 보기:  

- [arXiv:2307.12037]https://arxiv.org/abs/2307.12037

- [arXiv:2307.12008]https://arxiv.org/abs/2307.12008

중간 요약

  • ISB 이론은 전류를 ‘집단의 위상 흐름’으로 본다.
  • LK-99는 이를 구현하기 위해 비전통적인 도핑과 구조 설계를 시도했다.

 


4. 구조에서 흐름이 나온다 – ISB 이론의 작동 원리

전도는 계산이 아니라, 구조 설계에서 시작될 수 있다.

흐름을 유도하는 조건: Cu 도핑, 위상차 경계, 어긋난 격자.

LK-99를 둘러싼 논의에서는 평탄 밴드(flat band)가 가장 널리 알려진 개념이었다. 이는 특정 도핑 조건에서 전자들이 응집된 상태로 정체되며 초전도 현상을 유도할 수 있다는 계산 기반 이론이다. 여러 연구자들이 밀도범함수 이론(DFT)을 활용해 band dispersion이 거의 없는 구조를 찾으려 했고 그 결과가 학계 논쟁의 중심에 놓였다.

 

하지만 LK-99의 실제 설계 방향은 조금 다르게 보인다. 이 물질은 “정해진 전자 구조를 이론에 맞춰 만드는” 접근이 아니라 실험자가 구상한 구조를 통해 어떤 흐름이 유도될 수 있는가를 먼저 묻는 실험적 접근에서 출발한 것으로 보인다. 그리고 이 흐름은 기존의 자유전자 흐름이나 전자쌍이 아닌 ‘위상을 정렬한 전자 집단의 이동’을 기반으로 할 수 있다는 가능성이 제기된다.

 

이 흐름의 핵심은 다음과 같은 구조적 조건에서 유도된다.

 

🧩 전도 경로의 의도적 구성 – Cu 도핑

LK-99의 구조에서는 원래 전류가 거의 흐르지 않는 절연성 영역(Pb(2))에 구리(Cu)가 도핑된다. 이는 구조 내에서 국소적인 전하 밀도 증가결정의 비대칭성을 유발하며 정렬된 흐름이 나타날 수 있는 ‘통로’를 제공한다.

 

🧩 경계에서의 위상차 – 흐름을 유도하는 구조적 조건

도핑층과 비도핑층이 교대로 배열되면서 구조 내에는 금속과 절연체가 만나는 경계면이 형성된다. 이 경계는 전자 위상(phase)의 불연속성, 즉 위상차를 발생시키는 지점이 될 수 있다. 이러한 위상차는 전자들이 개별적으로 움직이는 것이 아니라 서로 간의 위상을 감지하며 일정한 패턴을 형성하도록 만드는 환경을 제공한다.

 

🧩 무질서 속의 질서 – 불완전한 격자가 만드는 흐름

LK-99는 결정 구조상 완벽하게 정렬되지 않은 불균일성(disorder)을 갖고 있다. 일반적으로 이런 구조는 ‘결함’으로 간주되지만 ISB 이론적 관점에서는 오히려 흐름을 유도할 수 있는 유연성을 제공하는 조건이 된다. 이유는 완벽하게 정렬된 격자에서는 오히려 전자들이 특정 주기를 벗어나기 어렵지만 살짝 어긋난 구조에서는 전자들이 집단적으로 위상을 맞추며 유기적인 흐름을 형성할 수 있는 여지가 생기기 때문이다.

 

🧭 구조 중심 설계의 물음: 흐름은 계산으로만 설명되는가?

LK-99의 사례에서 주목해야 할 점은 실험자가 ‘흐름이 가능한 구조’를 먼저 상상하고 그에 맞게 설계를 시도했다는 점이다. 이는 평탄 밴드처럼 계산 기반으로 구조를 맞춰가는 방식과는 철저히 다른 시선이다.

 

"완벽한 결정이 아니라 일부러 대칭을 깨뜨리고 흐름이 생길 수 있는 구조를 만드는 것, 바로 그것이 ISB 이론이 제안한 흐름 생성 방식과 닮아 있다"

 

이러한 구조적 실험은 아직 학문적으로 충분히 검증되지는 않았지만 ‘위상 흐름’이라는 물리적 상상력이 구조 설계에서 어떤 방식으로 구현될 수 있는지를 탐색했다는 점에서 물리학자들뿐 아니라 실험 설계자에게도 의미 있는 사례로 남는다.

 


5. ISB 이론의 가능성 – 실험 구조와 이론의 접점을 다시 묻다

ISB는 계산 모델이 아닌, 구조 설계를 위한 상상력이다.

위상 흐름, 비정합 구조, 1차원 경로는 실험자의 새로운 도구가 될 수 있다.

ISB 이론(Interatomic Superconduction Band Theory)은 1990년대 초, 최동식 교수가 제안한 전도 이론이다. 당시 이론물리학은 BCS 이론과 밴드 구조 계산에 기반한 설명이 주류를 이루고 있었고 ISB는 실험 구조 설계를 중심으로 한 대안적 모델로 널리 받아들여지지는 못했다.

 

수학적 정식화보다는 구조 기반 직관에 의존하는 이론이었던 만큼 전통적인 이론 커뮤니티와는 일정한 거리를 두고 존재해 왔다. 그럼에도 불구하고 LK-99와 같은 실험적 시도를 통해 일부 연구자들은 ISB 이론이 제안했던 구조적 조건과 유사한 요소들—1차원 전도 경로, 위상차가 발생할 수 있는 경계, 비정합 구조 등—에 주목하기 시작했다.

 

이는 ISB 이론이 ‘주류 이론’으로 다시 편입되었다는 뜻은 아니지만 특정 구조 실험의 설계 배경으로 참조될 수 있는 하나의 시야로 언급될 여지를 보여준 사례라 할 수 있다.

 

📌 ISB가 다시 언급되는 맥락

  • 1차원 경로와 위상 기반 흐름 같은 전도 조건이 실험 구조 설계에 활용되며 이론의 일부 개념과 연결되는 지점이 포착됨
  • DFT 기반의 계산적 모델링과는 다른, 구조 중심의 실험적 출발점을 제공

 

📌 앞으로의 적용 가능성

  • 비정합 격자 구조 또는 국소적인 대칭 파괴가 포함된 재료에서, 기존 이론으로 설명되지 않는 흐름을 해석할 보조적 틀
  • 모아레 패턴, 위상 물질(topological materials), 비주기적 초격자 구조 등 신소재 설계 영역에서 실험자의 직관을 확장시키는 배경 개념
  • 계산적 예측이 어려운 재료 특성에 대해 철학적 설계 기준으로 기능할 수 있는 가능성

 

ISB 이론은 여전히 주류 이론의 자리를 차지하고 있지는 않지만 “이론이 아니라 구조에서 출발한 사고방식”이라는 점에서 실험 물리학자에게는 흥미로운 참조 프레임이 될 수 있다. LK-99는 그 성공 여부와는 별개로 이런 구조 중심 설계가 어떻게 하나의 이론적 가설과 연결될 수 있는지를 보여준 사례다. 앞으로도 비정형적인 구조와 전도 사이의 관계를 탐색하려는 실험 설계에서 ISB는 조용히 다시 이야기될 수 있는 이론 중 하나로 남게 될 것이다.

 


.📌 핵심 요약 

(1) ISB 이론이란?

  • ISB(Interatomic Superconduction Band)는 전류를 개별 전자의 흐름이 아닌 위상 정렬된 전자 집단의 슬라이딩으로 설명하는 구조 기반 이론.
  • 기존의 BCS 이론이나 밴드 이론과는 출발점이 다르며 구조적 실험 설계를 중시.

 

(2) ISB 이론의 핵심 개념

  • 전류는 집단 위상 정렬의 슬라이딩에서 발생할 수 있다.
  • 1차원 전도 경로에서 위상 일관성이 잘 유지된다.
  • 비정합(incommensurate) 구조가 오히려 흐름에 유리하다.

 

(3) 실험적 접근

  • 직접적인 전류 측정보다는 IR 스펙트럼의 red shift, 저온 열용량 변화 등 간접적인 위상 이동의 증거를 탐색.
  • 비전통적인 도핑과 층 구조 설계를 통해 위상차와 흐름 유도.

 

(4) LK-99와의 연결

  • LK-99는 ISB 이론의 구조적 조건을 실험적으로 구현하려 한 시도로 해석 가능.
  • 절연층 도핑, 층상 경계 설계, 무질서한 격자 등 ISB 기반 흐름을 유도하려는 전략이 엿보인다.

 

(5) 시사점

  • ISB 이론은 아직 주류는 아니지만, 신소재 설계에서 구조 기반의 실험 철학으로 참고될 수 있다.
  • “계산이 아닌 구조에서 흐름을 상상하는 방식”이라는 점에서 실험자 중심 이론으로 주목 가능.

 


📚  읽어보기

(1) [LK-99 다시 읽기 1편] 한여름의 과학, 다시 꺼내보는 이름 LK-99

 

[LK-99 다시 읽기 1편] 한여름의 과학, 다시 꺼내보는 이름 LK-99

2023년 여름, 전 세계를 뒤흔든 LK-99 발표. 이 글에서는 논문 분석과 실험 반응, 그리고 초전도체 논의를 과학적으로 재조명합니다.📌 이 글은 공식 도메인에서도 제공됩니다 👉 quantum-city.net/44

quantum-city.net

 

(2) [LK-99 다시 읽기 2편] 그리핀 박사가 본 것 – 평탄 밴드의 의미와 이론적 가능성

 

[LK-99 다시 읽기 2편] 그리핀 박사가 본 것 – 평탄 밴드의 의미와 이론적 가능성

LK-99의 전자구조를 DFT 계산으로 분석한 그리핀 박사의 연구를 통해 flat band와 모트 절연체 가능성을 살펴봅니다. 초전도성 가능성과 이론적 한계를 함께 해설합니다.📌 이 글은 공식 도메인에서

quantum-city.net

 

(3) 란타넘-바륨-구리산화물, 초전도 비밀의 열쇠? 바륨 도핑의 숨겨진 역할!

 

란타넘-바륨-구리산화물, 초전도 비밀의 열쇠? 바륨 도핑의 숨겨진 역할!

란타넘-바륨-구리 산화물(LBCO)은 어떻게 초전도 연구의 판도를 바꾸었을까? 바륨 도핑이 초전도성에 미치는 영향과 그 숨겨진 메커니즘을 탐구합니다. 고온 초전도체의 역사와 미래까지 한눈에

quantum-city.net

 

(4) 초전도체의 원리 완전 해부: 쿠퍼쌍과 BCS 이론 쉽게 이해하기

 

초전도체의 원리 완전 해부: 쿠퍼쌍과 BCS 이론 쉽게 이해하기

초전도체란 무엇인지, 쿠퍼쌍과 BCS 이론을 통해 초전도 현상이 발생하는 원리를 쉽게 이해하고, 고온 초전도체 연구까지 살펴봅니다.📌 이 글은 공식 도메인에서도 제공됩니다 👉 quantum-city.net

quantum-city.net

 


❓ FAQ 

Q1. ISB 이론은 초전도 이론인가요?

A. 아니요, 전도 이론입니다. 초전도 현상을 설명하기 위한 것은 아니지만 기존 이론이 설명하지 못한 전류 흐름을 구조적 관점에서 설명하려는 이론이에요.

 

Q2. 기존 BCS 이론과 무엇이 다르죠?

A. BCS 이론은 쿠퍼쌍(Cooper pair)을 전류의 기반으로 삼지만 ISB는 개별 전자도, 쌍도 아닌 '위상 정렬된 전자 집단'이 미끄러지듯 이동한다고 봐요. 즉, 흐름의 단위가 완전히 다릅니다.

 

Q3. 왜 1차원 구조가 중요하다고 하나요?

A. 위상 정렬된 집단 이동은 방향성이 분산되면 깨지기 쉽기 때문이에요. 한 방향으로만 뻗은 1차원 경로가 흐름의 일관성을 유지하기에 가장 유리하다고 보죠.

 

Q4. 비정합 구조(incommensurate structure)는 ‘결함’ 아닌가요?

A. 전통적인 관점에서는 맞아요. 하지만 ISB 이론에서는 적당한 어긋남(disorder)이 전자의 집단적 이동을 유도하는 유연성을 제공한다고 봅니다. ‘흐름을 열어주는 틈’으로 보는 셈이죠.

 

Q5. LK-99는 왜 ISB 이론과 연결되나요?

A. LK-99는 단순한 물질 합성이 아니라 절연층에 Cu를 도핑하고, 층 간 위상차가 발생하는 구조를 가진 실험적 설계물이었어요. 이 구조가 ISB 이론에서 말하는 조건과 우연히 혹은 의도적으로 맞닿아 있었기 때문에 ISB가 다시 언급된 거예요.

 

Q6. ISB 이론이 과학계에서 검증된 이론인가요?

A. 엄밀히 말하면 아직 검증되지 않았고, 주류 이론도 아니에요. 하지만 구조 중심의 실험 설계자에게는 다른 접근방식의 프레임으로 여겨질 수 있어요. 특히 계산이 어려운 신소재 설계에서 직관의 힌트를 줄 수 있는 이론이기도 하죠.

 

Q7. 평탄 밴드(flat band) 이론과 ISB는 무슨 차이가 있나요?

A. 평탄 밴드는 전자들이 정체되어 응집되기 쉬운 밴드 구조 자체에 초점을 둔 계산 기반 이론이고 ISB는 밴드보다는 격자 구조와 위상 정렬이라는 실험적 조건에 초점을 둔 전도 이론이에요.