하버드대학 연구팀이 수소에 높은 압력을 가해 지구상에서 처음으로 금속 형태 수소인 금속 수소(metallic hydrogen)를 생성하는 데 성공했다고 발표했다. 금속 수소가 실용화되면 상온 초전도를 실현하고 높은 에너지를 활용한 로켓 연료, 초고속 컴퓨터 개발 등 다방면에 응용될 것으로 기대된다.

수소는 양성자 1개와 전자 1개로 이뤄져 있는 가장 간단한 물질이다. 여기에 높은 압력을 가해 분자 구조를 변형, 금속 수소가 될 수 있다. 이런 금속 상태 수소는 전자에 구애받지 않고 초전도성을 갖게 될 수 있어 상온, 상압 하에서도 금속 수소가 있다면 초전도 실용화가 가능할 것으로 기대되어 온 것. 전 세계 연구팀이 금속 수소를 생산하려는 연구를 진행해온 이유도 여기에 있다.

이런 가운데 금속 수소를 연구하던 하버드대학 아이작 실버라(Isaac F. Silvera) 박사가 과학 저널인 사이언스에 세계에서 처음으로 금속 수소를 생성하는 데 성공했다는 내용을 담은 논문을 발표한 것이다.

이 연구는 495GPa, 그러니까 지구 중심보다 높은 압력을 가해 반사율 0.91인 금속 수소를 만들었다고 한다. 예상했던 원자 밀도 추정치와 일치하며 원자 모양으로 금속 성질도 확인했다고 한다.





금속 수소가 생성되더라도 큰 문제는 상온 상압 등에서 금속 수소가 존재할 수 있느냐는 것이다. 수소 분자가 높은 압력을 받아 분리, 금속 수소가 한 번 변화하면 압력이 내랴가도 금속 상태를 유지할 수 있지 않겠냐는 예상이 적지 않았다. 이런 이유로 상온 상압 환경에서도 초전도성을 가진 물질로 금속 수소에 큰 기대를 모은 것이다.

하버드대학 연구팀은 0도를 밑도는 저온에서 높은 압력을 유지하기 위해 금속 수소 소량을 유지하고 있는 상태다. 이 금속 수소 샘플은 앞으로 몇 주 안에 고압 상태에 노출되게 된다.

금속 수소 생성에는 막대한 에너지가 필요하다. 다시 수소 분자 상태로 변환하면 큰 에너지를 방출할 수 있기 때문에 지금까지 없던 강력한 로켓 추진제로 로켓 기술 혁명 가능성이 있을 것으로 기대되고 있다. 또 금속 수소를 전선에 응용하면 송전할 때 손실되는 에너지 15%를 없애는 것도 가능하며 초전도성을 상온 상압에서도 실현하면 리니어 기술과 컴퓨터 기술에 혁신을 주도할 가능성까지 있다.

연구팀이 생성한 게 진짜 금속 수소인지 탄자 원자에 압력을 가해 태어난 다이아몬드처럼 고압에 노출된 이후에도 금속 수소로 존재하게 될지 앞으로의 연구에 관심이 모아진다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

https://www.youtube.com/watch?v=1qitm5fteL0

이석원 기자  lswcap@techholic.co.kr

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