중국의 UHV 송전이 세계 최고 수준이라는 것은 잘 알려진 사실이다. 과연 재능 있는 소년은 그래핀이 상온에서 초전도성을 띠고 있다는 사실을 발견하게 될까요? 그래핀은 벌집 모양의 탄소 원자로 구성된 2차원 탄소 나노 물질로, 뛰어난 광학적 특성을 가지고 있습니다. 고강도 재료 중 초전도체의 기계적, 전기적 특성은 미래에 매우 폭넓게 응용될 것입니다. 비록 우수한 특성을 가지고 있지만 아직까지 생산 공정뿐만 아니라 실제 응용 및 산업 발전으로 인해 불확실성이 가득합니다. 결국 상온 초전도 물질이 확산되면서 모든 전선은 저항이 없어 손실전압을 높여도 소용이 없다.

그래핀 초전도성은 그래핀의 제로 저항을 이용해 특정 조건에서 전기를 전도하는 능력이다. 우리는 전송 과정에서 자신도 모르게 일부 전기 에너지가 소비된다는 것을 알고 있으며, 이러한 소비를 유발하는 중요한 요인은 저항입니다. 저항이 클수록 더 많은 전력이 손실되고, 반대로 저항이 작을수록 손실되는 전력이 줄어듭니다. 하지만 초전도체 전송 실험에서는 저항이 거의 0에 도달할 수 있기 때문에, 전기 에너지의 이용률을 최대한 높이기 위해 초전도체에 대한 연구는 세계 각국에서 큰 주목을 받고 있습니다. 초전도체 중 그래핀은 이상적인 신소재다.

그래핀 자체는 탄소 원자가 육각형 모양을 이루고 있는 탄소 원자층으로 구성된 2차원 물질이다. 이 구조는 초전도체에 필요한 Dirac 콘 밴드 구조와 매우 일치하므로 그래핀이 초전도체가 되기 위한 필수 조건이 됩니다. 불행하게도 그래핀 자체는 초전도체가 아닙니다. 이를 초전도 연구에 활용하고 싶다면 두 가지 방법이 있다. 하나는 '스택 풀링(Stack Pulling)' 기술을 이용해 그래핀 두 겹을 비틀어 쌓는 것이고, 다른 하나는 자연에서 사용하는 도핑이다. 2018년 3월 5일, 중국의 천재 Cao Yuan은 이중층 그래핀의 중첩 비틀림 가능성을 자연에 보여주었습니다. 실험에서 Cao는 두 개의 그래핀 층을 추가하고 이를 1.1° 비틀어 마법의 각도를 만들었습니다. 이러한 마법의 각도 덕분에 그래핀은 우수한 저항 제로 상태에 도달하여 초전도성을 가지게 되지만, 이 방법으로 달성하는 초전도성에는 많은 환경적 제한이 있습니다. 1.7K의 낮은 온도는 가장 까다로운 요구 사항 중 하나입니다. 여기서 1.7k는 우리가 일반적으로 말하는 1.7°C와 다릅니다.

절대 온도 눈금에서 측정 단위는 K이고, 절대 영도 K는 -273.15?C와 같습니다! 이를 토대로 1.7 K 변환은 -271.4℃로 계산할 수 있으며, 남극 최저 온도를 안다 -80.6°C에 불과해 자연 조건에서 실험의 '마법의 각도' 온도에 도달하는 것이 불가능해 초전도 전력 전송에 그래핀을 사용하는 것은 불가능하다.