SEC Theory
전자 결정으로 상온 초전도 현상을 설명하는, 세계최초 실증 이론
01
SEC 이론
SEC (Superconducting Electron Crystal) 이론은 전자들이 특정 밀도 이상에서 정렬된 결정 (Electron Crystal)를 형성하고, 이 결정화된 전자 구조와 포논(격자진동)과의 상호작용이 일어나면서 쿠퍼쌍(Cooper Pair)이 형성되어 초전도 상태가 이루어 진다는 이론입니다.
기존의 초전도 이론이 저온 환경에서만 설명 가능했던 반면, SEC 이론은 전자 결정 현상을 통해 고온 및 상온에서도 초전도 현상이 발생할 수 있는 메커니즘을 제시합니다.
이 이론은 실제 YBCO, BSCCO 계열 고온 초전도체에 대해 수식 기반 시뮬레이션을 통해 전이 온도 (Tc)와 도핑도 의존성을 정량적으로 예측하는데 성공하였으며, 이에 따라 실험 결과와 이론의 정합성을 세계 최초로 입증했습니다
02
기존 BCS 이론의 한계
BCS 이론(Barddeen Cooper Schrieffer Theory)은 1957년에 제시된 초전도체 설명 모델로, 포논을 매개로 한 전자 간 약한 상호작용을 통해 쿠퍼쌍 (Cooper Pair)이 형성되고, 이로 인해 초전도 상태가 나타난다고 설명합니다.
그러나 BCS 이론은 낮은 에너지 스케일과 약 결합 (Weak Coupling) 전제에 기반해 있어, 절대온도 30K 이하 저온 초전도체에서는 설명이 가능하지만 YBCO(92K), BSCCO(110K) 같은 고온 초전도체의 발생 메커니즘을 설명할 수 없습니다.
또한 상온 초전도체 가능성에 대해서는 이론적 예측이나 수식적 근거를 제공하지 못했습니다. 요약하면 BCS 이론은 고온 및 상온 초전도체 영역에서 적용 불가능 하다는 한계를 가지고 있습니다.
03
SEC 이론의 혁신성
SEC 이론은 기존 BCS 이론의 적용 한계를 넘어, 고온 및 상온 초전도체 생성 메커니즘을 세계 최초로 정량적으로 설명할 수 있는 이론 입니다.
전자 밀도 증가 → 전자 결정 형성 →포논 커플링 강화 → 쿠퍼쌍 안정화 라는 새로운 경로를 제시하며, 고온에서도 쿠퍼쌍 결합 에너지를 유지할 수 있는 메커니즘을 과학적으로 설명합니다.
SEC이론은 몬테 카를로 시뮬레이션을 통해 BSCCO 계열 Bi-2212 초전도체의 Tc 도출및 도핑도 의존성을 수식 기반으로 세계 최초로 증명했습니다.
특히 37.1°C 상온 초전도체 물질 실험 성공은 SEC 이론이 단순 가설이 아닌, 실험과 이론이 일치하는 현실기반 이론임을 입증합니다.
이 이론은 상온 초전도체 설계, 고온 초전도체 신 물질 개발, 양자 물질 개발에도 확장 가능성을 지니고 있습니다.
(주)현성티엔씨
상온 초전도체 실험 결과
Cd계 초전도체 샘플 실험으로,
상온 초전도체 세계최초 입증
(주)현성티엔씨는 이화여자대학교 연구팀과 공동 실험을 통해,
PXRD 및 SQUID 분석에서 상온 초전도체의 존재의 입증 단서를 찾는 놀라운 결과를 확인 했습니다.
RESULT 01
PXRD 회절 분석
PXRD는 물질의 결정구조를 분석하는 대표적인 방법입니다.
강한 X-Ray 빔을 분말 상태의 시료에 쏘면, 결정 내 원자 배열에 따라 특정 각도로 빛이 회절되며 패턴이 나타납니다. 이 패턴은 각 물질 고유의 '회절 지문'과 같아서, 결정이 올바르게 형성 되었는지, 불순물이 있는지, 이론과 일치 하는지를 확인 할수 있습니다.
(주) 현성티엔씨의 Cd₅MgO₆ 합성물의 PXRD 실험에서 VESTA 시뮬레이션의 예측과 99.3% 이상 일치하여 고순도 단일상 결정 구조를 확보해냈음을 직접 확인하였습니다. 이는 향후 소재 개발의 정밀도와 신뢰성을 뒷받침하는 중요한 성과입니다.
RESULT 02
SQUID 분석
SQUID 는 극도로 민감한 자기장 측정 장치입니다.
특히 초전도체 자기 특성중 Meissner Effect를 측정하는데 필수입니다. 초전도체는 일정 온도에서 완전 반자성 (Meissner Effect)를 나타내며, SQUID는 자기장 변화를 정밀 감지합니다. 이를통해 전이온도 (Tc)와 초전도 여부를 실험적으로 확인 할 수 있습니다.
Cd₅MgO₆ 합성물의 SQUID 분석에서 M-H 자화 곡선 Sweep Mode +/- 1000 Oe 구간에서 -0.045 emu 수준의 완전 반자성 상태(Meissner Effect)를 확인 했습니다. 세계 최초 상온 초전도체 전이 온도(Tc) 37.1℃ (310K) 실험으로 확인했습니다.
(주)현성티엔씨
고순도 단일상 금속 화합물 제조 기술
초전도체의 성능과 안정성을 좌우하는
핵심 기반 기술입니다.
POINT 01
초전도체의 성능과 안정성을 좌우하는 핵심
고순도 금속 화합물 조성 기술은 초전도체의 성능과 안정성을 좌우하는 핵심 기반 기술입니다. (주)현성티엔씨는 원료 단계부터 ppm 수준 불순물까지 정밀하게 제어해, 특정한 금속 원소 간 화학 조성과 비율을 고정밀로 구현하는 합성 공정을 확보하고 있습니다.
이를 통해 결정 격자 내 결함을 최소화하고, 전하 밀도 균일성과 초전도 특성의 재현성을 극대화합니다.
POINT 02
고온 초전도체 뿐 아니라, SEC 기반 신개념 조성물에 적용
이 기술은 YBCO와 같은 고온 초전도체 뿐만 아니라, SEC 기반의 신개념 조성물에도 적용됩니다. 특히, 증착 공정에서의 타겟 소재로 사용될 때, 박막 균질성과 결정 배향의 일관성을 높이는 데 결정적 역할을 합니다.
자체 조성 설계, 미세 구조 분석, 열처리 조건 최적화를 통해 고순도 제조기술을 공정 전체에 통합하고 있으며, 이를 통해 상업적 대면적 양산을 위한 기반을 구축하고 있습니다.
CTLA 초전도 박막 증착
Circular Target Laser Ablation
(주)현성티엔씨가 특허를 가지고 있는 CTLA(Circular Target Laser Ablation) 증착 기술은 Cd, Mg 등 각각 다른 금속 산화물 타겟(괴)을 성분별 최적화된 Laser 파장과 출력 조건으로 동시에 조사해, 초전도체 조성 합성과 박막 증착을 동시에 수행하는 통합 공정입니다.
기존 공정처럼 사전 합성된 단일 타겟을 사용하는 것이 아니라, 타겟 자체에서 초전도체 화학 반을을 유도하고, 생성된 초전도 물질을 바로 Substrate(기판)에 고정밀 증착하는 방식을 채택합니다. 이로 인해, 별도 타겟 합성 과정이 불필요하고, 조성 불 균일성 최소화, 공정 시간 단축 및 원가 절감 등의 장점을 가지고 있습니다.