철, 구리 등 전기가 잘 통하는 물질이 열도 잘 전달한다는 것은 물리학계에서 '법칙'으로 자리 잡았다. 그런데 최근 이를 따르지 않는 새로운 현상이 발견돼 학계의 주목을 받고 있다.

27일 이상욱 경북대 신소재공학부 교수에 따르면 '이산화바나듐'이라는 물질은 전류를 잘 흘리더라도, 열은 예상 값의 10분의 1 수준으로 전달하는 신기한 현상을 보인다.

이산화바나듐은 상온에서는 전기가 통하지 않는 부도체지만, 67도 이상에서는 전기가 통하는 도체로 변하는 특이한 성질을 가졌다. 이에 연구자들은 이 물질을 오랫동안 연구해 왔지만, 열전달과 관련된 연구는 많지 않았다.

1850년대에 나온 비데만-프란츠 법칙(Wiedemann-Franz Law)에 따르면 전기를 잘 전달하는 물질이 열도 잘 전달한다. 이 법칙은 전공서적에 실리는 등 지금까지 거의 정설로 받아들여졌다.

하지만 이 교수 연구팀은 이산화바나듐의 경우 이 법칙을 크게 벗어남을 확인했다. 이어 원인에 대한 잠정적 해석도 내렸다. 보통 금속에서는 전자들이 독립적인 입자처럼 움직이며 활발히 열을 전달하지만, 이 물질의 전자들은 마치 군악대처럼 일제히 움직여 열을 효율적으로 전달하기 어렵다는 것이다.

이산화바나듐에 텅스텐을 도핑할수록, 열전도율이 일반적인 금속에 가깝게 점점 증가한다는 것도 추가로 밝혔다.

이상욱 교수는 "(이 소재는) 앞으로 폐열을 전기로 변환하는 '열전시스템'이나, 전자소자· 엔진의 열분산 시스템 등 열의 이동이 중요한 분야에 널리 적용할 수 있으리라 예상한다"고 밝혔다.

연구 결과는 이날 국제학술지 '사이언스'(Science)에 실렸으며, 이번 연구는 이 교수(공동 제1저자)와 미국 버클리 캘리포니아대(UC 버클리), 오크리지국립연구소 등이 공동으로 수행했다.

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