[아이티데일리] 중국이 지구 자기력보다 80만 배 이상 강한 자기장을 생성하는 세계에서 가장 강력한 저항성 자석을 제작했다고 네이처가 전했다.

최근 중국과학원 허페이 물리과학연구소의 고자기장 시설(SHMFF)에 설치된 자석은 42.02테슬라(자기장 단위)의 안정된 자기장을 유지했다. 이는 플로리다 탤러해시에 있는 미국 국립고자기장연구소(NHMFL)의 저항성 자석이 2017년에 세운 41.4테슬라 기록을 근소한 차이로 넘어선 것이다. 저항성 자석은 코일 금속 와이어로 만들어지며 전 세계의 자석 시설에서 널리 사용된다.

독일 드레스덴 고자기장연구소의 물리학자인 요아힘 보스니차는 중국의 기록 경신은 더 강한 자기장을 유지할 수 있는 안정적인 자석을 만드는 토대를 마련했으며, 이는 연구자들이 새로운 물리학을 연구하고 발전하는 데 도움이 될 것이라고 말했다.

전 세계 사용자들에게 개방된 중국의 저항성 자석은 더 높은 자기장을 생성하려는 전 세계적인 노력에 대한 중국의 두 번째 주요 기여다. 지난 2022년, 저항성 자석과 초전도 자석을 결합한 SHMFF의 하이브리드 자석은 45.22테슬라의 자기장을 생성해 세계에서 가장 강력한 정상 상태 자석으로 기록됐다.

그렇다면 고 자기장 저항성 자석이 왜 중요한 것일까. 답은 초전도체와 같은 첨단 소재의 숨겨진 특성을 발견하는 데 편리한 도구이기 때문이다.

초전도체는 매우 낮은 온도에서 폐열을 생성하지 않고 전류를 전달하는 첨단 소재다. 프랑스 그르노블에 있는 국립강력자기장연구소의 응집물질 물리학자인 마크-앙리 줄리앙은 높은 자기장은 완전히 새로운 물리적 현상을 찾을 수 있는 기회를 제공한다면서, 나아가 새로운 물질 상태를 만들거나 조작할 수도 있다고 설명했다.

높은 자기장은 해상도를 높이고 희미한 현상을 더 쉽게 볼 수 있게 해주기 때문에 매우 민감한 측정에 의존하는 실험에도 유용하다. 영국 케임브리지 대학교의 응집물질 물리학자인 알렉산더 이튼은 "테슬라 숫자가 올라갈 때마다 기존 수준의 테슬라보다 성능은 기하급수적으로 올라간다"고 말했다.

SHMFF에서 고 자기장을 전문으로 연구하는 쿠앙 광리는 연구진이 신기록을 세우기 위해 자석을 수정하는데 수년을 보냈다고 말했다.

저항성 자석은 오래된 기술이지만 새로운 하이브리드 및 완전 초전도 자석보다 더 오랫동안 높은 자기장을 유지할 수 있다. 또 자기장을 훨씬 더 빨리 늘릴 수 있어 다재다능한 실험 도구가 된다. 손잡이를 돌리기만(전원을 켜기만) 하면 몇 분 안에 제로 테슬라에서 높은 자기장으로 전환할 수 있다.

저항성 자석의 가장 큰 단점은 소비하는 전력량이 많아 비용이 많이 든다는 것이다. 예를 들어, SHMFF의 저항성 자석은 기록적인 자기장을 생성하는 데 32.3메가와트의 전기를 사용했다. 그 비용을 상쇄하려면 매우 훌륭한 과학적 사례가 제시되어야 한다.

이러한 과제는 더 적은 전력으로 높은 자기장을 생성할 수 있는 하이브리드 및 완전 초전도 자석을 개발하려는 경쟁을 촉진하고 있다. 2019년에 NHMFL 연구진은 45.5테슬라 자기장을 잠시 유지하는 소형의 개념 증명 초전도 자석을 제작했으며, 현재 실험에 사용할 수 있는 더 큰 40테슬라 초전도 자석을 개발하고 있다.

SHMFF 팀은 현재 55테슬라 하이브리드 자석을 제작하고 있다. 이 새로운 자석은 저항성 자석보다 운영 비용이 저렴할 것으로 예상되지만 자체 장애물이 있다. 제작 비용이 더 많이 들고 복잡한 냉각 시스템이 필요하다. NHMFL의 자석 과학 및 기술 부문 공동 책임자인 엔지니어 마크 버드는 "이 기술은 아직 개발 중이며 비용은 아직 명확하지 않다"라고 말했다.