지난 글에서는 최동식 교수의 연구가 이석배 박사와 김지훈 연구진으로 이어져 LK-99가 세상에 알려지기까지의 과정을 살펴봤습니다.
먼저 LK-99가 발표된 이후의 시간적 흐름과 세계 과학계가 어떤 순서로 검증을 진행했는지 살펴보겠습니다. 이 과정에서는 개인적인 생각이나 추론을 배제하고, 실제 발표된 논문과 연구 결과, 확인할 수 있는 자료를 바탕으로 사실만 정리할 예정입니다.
권영완 박사와 김현탁 박사의 서로 다른 주장을 살펴보고, 그 과정에서 제가 갖게 된 생각과 의문, 개인적인 추론도 이야기할 계획입니다. 물론 확인된 사실과 저의 생각은 분명하게 구분하겠습니다.
이어서 한국에서 벌어진 일들도 알아보겠습니다. 퀀텀에너지연구소에 투자한 기업들과 투자 관계, 연구소의 지분 구조, 그리고 2023년 이후 관련 연구와 기업들이 어떤 방향으로 나아갔는지 살펴보면서 LK-99 이야기를 마무리하려고 합니다.
LK-99를 과학적인 관점에서 살펴보고 싶은 독자분들은 과학적 검증 과정을 마무리하는 이번 편까지만 읽어주셔도 감사하겠습니다.
그 이후에는 과학적 사실을 설명하는 것에서 조금 벗어나 한국에서 벌어진 사건과 관련 인물들의 서로 다른 주장, 그리고 저의 개인적인 생각을 다루려고 하기 때문입니다.
이번 글에서는 2023년 7월 LK-99 논문이 발표된 이후 세계 과학계가 실제로 어떤 연구를 진행했는지 시간순으로 살펴보겠습니다.
LK-99 검증위원회를 구성한 한국초전도저온학회의 로고와 한글·영문 명칭입니다. 출처: 한국초전도저온학회.
2023년 7월, LK-99 논문이 세계에 알려지다
2023년 7월 22일, LK-99가 상온과 상압에서 초전도성을 나타낸다고 주장하는 두 편의 논문이 arXiv에 제출되었습니다. [1][2]
연구진은 새롭게 합성한 물질에서 400 K 이상의 임계온도, 전기저항의 소멸, 자기적 반응 등 초전도체의 특성이 나타난다고 주장했습니다.
앞선 글에서 두 논문의 제출 과정과 저자 구성은 살펴봤기 때문에 이번에는 논문이 제시한 실험 결과와 그에 대한 외부 연구기관의 반응에 집중하겠습니다.
논문에는 LK-99를 합성하는 방법과 전기적·자기적 특성을 측정한 결과가 포함되어 있었습니다.
그 가운데 대중에게 널리 알려진 것은 자석 위에 놓인 시료의 한쪽이 들려 있는 영상이었습니다.
연구진은 이러한 움직임을 초전도체의 마이스너 효과와 관련된 현상으로 해석했습니다.
하지만 마이스너 효과가 실제로 발생했는지, 전기저항이 완전히 사라졌는지는 독립적인 실험을 통해 확인해야 하는 문제였습니다.
또한 arXiv는 정식 학술지의 동료심사를 거치기 전에도 연구 내용을 공개할 수 있는 사이트입니다.
따라서 논문 공개 자체가 초전도성의 검증을 의미하는 것은 아니었습니다.
7월 31일 — 인도 연구진이 재현 실험 결과를 발표하다
LK-99 논문이 알려진 뒤 가장 먼저 진행된 작업 가운데 하나는 다른 연구기관이 같은 물질을 만들어 보는 것이었습니다.
2023년 7월 31일, 인도 국립물리연구소(CSIR-NPL)의 카필 쿠마르(Kapil Kumar) 연구진은 LK-99 합성 실험에 관한 논문을 arXiv에 제출했습니다. [3]
연구진은 한국 연구팀이 공개한 제조 방법에 따라 원료를 준비하고 고온에서 반응시켜 시료를 만들었습니다.
이후 X선 회절 분석으로 제조된 물질의 결정구조를 조사했습니다.
실험에서는 납 인회석 계열의 결정구조를 가진 물질이 확인되었지만, 상온에서 초전도성을 뒷받침하는 자기부상 현상은 관찰되지 않았습니다.
연구진은 당시 얻은 결과만으로는 상온 초전도성을 인정하기 어렵다고 설명하면서도, 다른 제조 조건에 대한 추가 실험이 필요하다고 밝혔습니다.
이는 LK-99를 직접 합성한 독립 연구팀이 초기 실험 결과를 공개한 사례 가운데 하나였습니다.
같은 날, 미국에서는 이론적인 연구가 발표되다
2023년 7월 31일, 미국 로런스버클리국립연구소의 시네이드 그리핀(Sinéad Griffin) 연구원도 LK-99에 관한 논문을 arXiv에 제출했습니다. [4]
이 연구는 실제 LK-99 시료를 합성해 초전도 현상을 관찰한 실험이 아니었습니다.
컴퓨터 계산을 이용해 물질의 전자 구조를 분석한 연구였습니다.
그리핀 연구원은 구리가 치환된 납 인회석 구조에서 페르미 준위 부근에 고립된 평탄 밴드(flat band)가 나타날 수 있다는 계산 결과를 제시했습니다.
평탄 밴드는 전자들 사이의 상호작용이 중요한 역할을 할 가능성이 있는 전자 구조로, 일부 초전도체 연구에서도 관심을 받는 특징입니다.
그러나 평탄 밴드가 존재할 수 있다는 계산 결과가 곧 초전도성이 존재한다는 증거는 아닙니다.
당시에는 LK-99의 전자 구조를 연구할 가치가 있다는 이론적 결과와, 초전도 현상을 재현하지 못한 실험 결과가 함께 발표되고 있었습니다.
서로 다른 연구 방법으로 LK-99를 조사하는 과정이 시작된 것입니다.
8월 1일 — 중국에서 새로운 자기부상 영상이 공개되다
2023년 8월 1일, 중국 화중과학기술대학교 연구진이 LK-99 관련 시료의 자기적 반응을 보여주는 영상을 공개했습니다.
영상에는 작은 물질이 자석 위에서 일부 들려 있는 모습이 담겨 있었습니다.
이 영상은 중국의 동영상 플랫폼 빌리빌리(Bilibili)를 통해 알려졌고, 이후 여러 나라의 온라인 커뮤니티로 확산되었습니다.
일부에서는 다른 연구기관에서도 한국 연구팀이 제시한 자기부상 현상을 재현한 것으로 받아들였습니다.
그러나 당시 공개된 영상만으로는 물질이 초전도체인지 판단할 수 없었습니다.
자석 위에서 시료의 일부가 들리는 현상은 초전도체 이외의 자성 물질에서도 나타날 수 있기 때문입니다.
따라서 시료의 전기저항과 자기적 특성을 함께 측정해야 한다는 문제가 남아 있었습니다.
이처럼 영상이 확산되면서 일반 대중의 관심도 빠르게 커졌지만, 과학적 검증은 여전히 진행 중이었습니다.
8월 2일 — 한국초전도저온학회가 검증위원회를 구성하다
2023년 8월 2일, 한국초전도저온학회는 LK-99의 상온·상압 초전도성 주장을 검증하기 위한 위원회를 구성했습니다. [5]
위원회에는 국내 초전도체 연구자들이 참여했습니다.
위원회는 논문에 제시된 자료와 공개된 영상만으로는 LK-99를 상온 초전도체라고 판단하기 어렵다는 입장을 밝혔습니다.
연구진이 제작한 시료를 직접 측정하거나 논문에 공개된 제조 방법에 따라 시료를 합성하는 작업이 필요하다고 보았습니다.
검증에는 서울대학교, 성균관대학교, 고려대학교 등 여러 연구기관이 참여하기 시작했습니다.
8월 4일, 검증위원회는 당시까지 발표된 해외 이론 및 실험 연구 가운데 초전도성을 확인한 결과가 없다고 설명했습니다.
이 시점에서 LK-99가 초전도체가 아니라고 모든 검증이 끝난 것은 아니었습니다.
다만 초전도체라는 최초 주장을 뒷받침할 독립적인 재현 결과가 확인되지 않은 상태였습니다.
8월 7일 — 합성은 가능했지만 초전도성은 확인되지 않다
2023년 8월 7일, 인도 국립물리연구소의 카필 쿠마르 연구진은 추가적인 합성과 측정을 수행한 연구를 공개했습니다. [6]
연구진은 LK-99와 관련된 결정구조를 가진 시료를 만들고, 자기적 특성을 보다 정밀하게 측정했습니다.
그 결과 시료에서는 반자성 반응이 관찰되었지만, 초전도체에 해당하는 특성은 확인되지 않았습니다.
같은 날 영국 맨체스터대학교의 이반 티모힌(Ivan Timokhin) 등이 참여한 연구진도 LK-99 시료의 합성과 특성 분석에 관한 논문을 제출했습니다. [7]
이 연구 역시 시료에서 초전도성을 나타내는 증거를 관찰하지 못했다고 보고했습니다.
LK-99와 유사한 결정구조를 가진 물질을 합성했다는 결과와, 그 물질이 실제 초전도체라는 결과는 서로 구분해야 했습니다.
물질을 제조하는 데 성공했다고 해서 최초 논문에서 주장한 모든 물리적 특성까지 재현된 것은 아니었습니다.
이후 연구의 관심은 LK-99에서 나타났다고 보고된 전기저항 변화가 어떤 원인으로 발생했는지에까지 확대되었습니다.
8월 8일 — 황화구리 불순물에 대한 연구가 발표되다
2023년 8월 8일, 중국과학원 물리연구소의 주스린(Shilin Zhu)과 공동연구진은 LK-99에 포함될 수 있는 황화구리(Cu₂S)의 영향을 분석한 논문을 공개했습니다. [8]
연구진은 황화구리가 포함된 LK-99 계열 시료에서 전기저항이 급격하게 변하는 현상을 관찰했습니다.
이 과정에서 초전도 전이와 비슷하게 보이는 저항 변화가 나타났지만, 전기저항이 완전히 0이 되는 현상은 확인되지 않았습니다.
연구진은 이러한 변화가 황화구리의 구조적 상전이와 관련이 있을 가능성을 제시했습니다.
물질의 결정구조가 바뀌면서 전기적 특성이 급격하게 달라질 수 있다는 설명이었습니다.
8월 9일, 미국 일리노이대학교의 프라샨트 자인(Prashant K. Jain) 교수도 황화구리의 상전이에 관한 분석을 발표했습니다. [9]
그는 황화구리가 약 104°C에서 상전이를 일으키며, 이때 나타나는 전기저항과 열용량 변화가 LK-99 논문에서 보고된 일부 특성과 관련될 수 있다고 설명했습니다.
이는 최초 발표에서 초전도 현상의 근거로 제시한 급격한 저항 변화를 다른 물리적 현상으로 설명할 수 있다는 의미였습니다.
다만 황화구리의 상전이는 전기저항 변화에 대한 설명이며, 자기부상 영상의 모든 특징까지 같은 원인으로 설명하는 것은 아닙니다.
전기적 특성과 자기적 특성은 각각의 측정 결과에 따라 검토해야 했습니다.
8월 11일 — 독일에서 불순물을 최소화한 단결정 연구가 공개되다
2023년 8월 11일, 독일 막스플랑크 고체연구소의 파스칼 푸팔(Pascal Puphal) 연구진은 LK-99 계열 물질의 단결정 합성과 물성 분석에 관한 논문을 arXiv에 제출했습니다. [10]
앞서 여러 실험에서는 다양한 결정과 불순물이 섞여 있는 다결정 시료가 사용되었습니다.
이 경우 측정된 전기적·자기적 특성이 연구 대상 물질에서 나타난 것인지, 함께 존재하는 다른 물질에서 나타난 것인지 구분하기 어려울 수 있습니다.
독일 연구진은 불순물의 영향을 최소화한 단결정을 만들어 그 특성을 분석했습니다.
그 결과 시료는 전기저항이 매우 큰 절연체의 특성을 나타냈습니다.
자기적 측정에서도 일반적인 반자성 반응과 작은 강자성 성분은 관찰되었지만, 초전도성을 나타내는 증거는 확인되지 않았습니다.
연구진은 실험한 조성의 단결정에서 초전도성이 나타나지 않는다는 결론을 제시했습니다.
이 결과는 LK-99의 본래 물질 특성과 불순물이 만들어내는 현상을 구분하는 데 중요한 자료가 되었습니다.
8월 16일 — Nature가 검증 결과를 종합하다
2023년 8월 16일, 국제학술지 Nature는 LK-99의 재현 실험과 분석 결과를 종합한 기사를 발표했습니다. [11]
여러 연구기관이 LK-99 계열 물질을 합성하고 전기적·자기적 특성을 측정했지만, 상온 초전도성을 확인할 수 있는 결과는 얻지 못했습니다.
일부 시료에서 나타난 급격한 전기저항 변화는 황화구리 불순물의 상전이로 설명할 수 있다는 연구가 발표되었습니다.
또한 초기 자기부상 영상과 비슷한 움직임도 일반적인 자기적 성질로 설명할 수 있다는 분석이 나왔습니다.
불순물을 최소화한 단결정에서는 초전도체가 아닌 절연체의 특성이 확인되었습니다.
이러한 결과가 축적되면서 LK-99가 상온·상압 초전도체라는 최초 주장은 과학적으로 뒷받침되지 않는다는 평가가 확산되었습니다.
8월 18일과 31일 — 한국 연구기관의 검증 결과
해외 연구기관들의 분석과 함께 한국에서도 재현 실험이 진행되고 있었습니다.
2023년 8월 18일, 한국초전도저온학회 검증위원회는 연구기관들이 LK-99 제조 방법에 따라 시료를 일부 합성했지만, 초전도성을 보여주는 측정 결과는 아직 확인되지 않았다고 발표했습니다. [12]
당시에는 여러 종류의 시료를 추가로 제조하고 전기적·자기적 특성을 조사하는 작업이 계속되고 있었습니다.
이어서 8월 31일, 검증위원회는 국내 네 연구기관의 재현 실험 결과를 공개했습니다.
서울대학교, 한양대학교, 부산대학교, 포항공과대학교 연구진이 수행한 실험에서 초전도 특성을 보여주는 사례는 확인되지 않았습니다. [13]
일부 시료는 절연체에 가까운 특성을 나타냈고, 다른 시료에서도 전기저항이 완전히 사라지는 현상은 관찰되지 않았습니다.
이 결과는 해외 연구기관들이 발표한 실험 결과와도 대체로 일치했습니다.
12월 13일 — 한국 검증위원회의 최종 발표
LK-99에 대한 국내 검증 작업은 그해 12월까지 이어졌습니다.
2023년 12월 13일, 한국초전도저온학회 검증위원회는 그동안의 활동을 종합한 백서를 공개했습니다. [14]
검증위원회는 국내 여덟 연구기관이 참여한 재현 실험 결과와 기존 논문 자료, 해외 연구기관의 발표를 검토했습니다.
그 결과 LK-99가 상온·상압 초전도체라는 주장을 뒷받침하는 근거가 없다는 결론을 발표했습니다.
국내 연구기관의 실험에서는 상온뿐 아니라 저온에서도 초전도성이 확인되지 않았습니다.
검증위원회는 이 백서를 발간하면서 공식 활동을 종료했습니다.
다만 퀀텀에너지연구소 측이 시료를 제공한다면 추가적인 검증에 협력할 수 있다는 입장도 밝혔습니다.
이로써 2023년 7월 두 편의 논문으로 시작된 LK-99의 상온·상압 초전도성 주장은 독립적인 재현 실험에서 인정받지 못한 상태로 그해의 공식 검증 절차가 마무리되었습니다.
2023년 LK-99 검증 과정을 돌아보며
LK-99는 2023년 7월 논문이 공개된 이후 세계 여러 연구기관에서 짧은 기간에 검증이 진행된 사례였습니다.
처음에는 논문에 제시된 제조 방법을 따라 물질을 합성하는 실험이 진행되었습니다.
이와 동시에 이론적 계산을 통해 결정구조와 전자 구조를 분석하는 연구도 발표되었습니다.
이후에는 실제로 제작한 시료에서 초전도성을 나타내는 전기적·자기적 특성이 관찰되는지 확인했습니다.
측정 결과가 최초 주장과 일치하지 않자, 연구자들은 그 차이가 발생하는 원인도 조사하기 시작했습니다.
특히 황화구리 불순물의 영향과 순도 높은 단결정의 물리적 특성을 분석한 연구들은 LK-99의 실험 결과를 해석하는 데 중요한 역할을 했습니다.
새로운 물질의 존재를 확인하는 것과 그 물질이 초전도체라는 사실을 입증하는 것은 서로 다른 문제입니다.
LK-99의 경우 다양한 연구기관에서 관련 물질을 합성하고 분석할 수 있었지만, 최초 논문에서 주장한 상온·상압 초전도 현상은 독립적으로 확인되지 않았습니다.
이것이 2023년 과학계의 재현 실험과 한국 검증위원회의 최종 발표를 통해 확인된 결과입니다.
하지만 LK-99에 대한 이야기가 2023년 12월에 모두 끝난 것은 아닙니다.
연구진은 이후에도 관련 연구를 이어갔고, LK-99를 둘러싼 논쟁도 계속되었습니다.
참고자료
[1] Lee, S., Kim, J.-H., & Kwon, Y.-W. (2023). The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor. arXiv:2307.12008. https://arxiv.org/abs/2307.12008
[2] Lee, S., et al. (2023). Superconductor Pb₁₀₋ₓCuₓ(PO₄)₆O showing levitation at room temperature and atmospheric pressure and mechanism. arXiv:2307.12037. https://arxiv.org/abs/2307.12037
[3] Kumar, K., Karn, N. K., & Awana, V. P. S. (2023). Synthesis of possible room temperature superconductor LK-99. arXiv:2307.16402. https://arxiv.org/abs/2307.16402
[4] Griffin, S. M. (2023). Origin of correlated isolated flat bands in copper-substituted lead phosphate apatite. arXiv:2307.16892. https://arxiv.org/abs/2307.16892
[5] DongA Science. (2023). LK-99 Verification Committee: No Overseas Research Has Confirmed Room-Temperature Superconductivity to Date. https://www.dongascience.com/en/news/61074
[6] Kumar, K., et al. (2023). Absence of superconductivity in LK-99 at ambient conditions. arXiv:2308.03544. https://arxiv.org/abs/2308.03544
[7] Timokhin, I., et al. (2023). Synthesis and characterisation of LK-99. arXiv:2308.03823. https://arxiv.org/abs/2308.03823
[8] Zhu, S., Wu, W., Li, Z., & Luo, J. (2023). First order transition in LK-99 containing Cu₂S. arXiv:2308.04353. https://arxiv.org/abs/2308.04353
[9] Jain, P. K. (2023). Superionic phase transition of copper(I) sulfide and its implication for purported superconductivity of LK-99. arXiv:2308.05222. https://arxiv.org/abs/2308.05222
[10] Puphal, P., et al. (2023). Single crystal synthesis, structure, and magnetism of Pb₁₀₋ₓCuₓ(PO₄)₆O. arXiv:2308.06256. https://arxiv.org/abs/2308.06256
[11] Garisto, D. (2023). LK-99 isn’t a superconductor — how science sleuths solved the mystery. Nature, 620, 705–706. https://doi.org/10.1038/d41586-023-02585-7
[12] 연합뉴스. (2023년 8월 18일). 「LK-99 검증위 '샘플 일부 제작…현재까지 초전도성 특성 없어'」. https://www.yna.co.kr/view/AKR20230818053800017
[13] 연합뉴스. (2023년 8월 31일). 「LK-99 검증위 '국내 네 곳 재현실험서 초전도성 사례 없어'」. https://www.yna.co.kr/view/AKR20230831102251017
[14] 연합뉴스. (2023년 12월 13일). 「초전도학회 검증위 'LK-99 초전도체 근거 전혀 없다'」. https://www.yna.co.kr/view/AKR20231213055800017