초전도체는 전기 저항이 완전히 사라지는 놀라운 물질이다. 일반적인 금속은 전류가 흐를 때 에너지를 열로 소모하지만, 초전도체는 특정 온도 이하에서는 이러한 저항이 0이 되어 에너지 손실 없이 전기를 흐르게 한다. 이러한 현상은 1911년, 네덜란드의 물리학자 카메를링 오네스가 수은을 극저온으로 냉각하는 실험 중 처음 발견하였다.
초전도 현상은 매우 낮은 온도에서만 발생한다. 초기에는 절대온도 약 4켈빈, 즉 섭씨 -269도 가까운 온도에서만 관측되었지만, 이후 연구가 진전되면서 보다 높은 온도에서 작동하는 '고온 초전도체'가 발견되었다. 오늘날 일부 초전도체는 액체질소 온도인 약 -196도에서도 초전도 상태를 유지할 수 있게 되었다.
초전도체가 주목받는 가장 큰 이유는 에너지 손실이 없다는 점이다. 일반적으로 송전선은 거리를 이동하면서 많은 전기를 손실한다. 그러나 초전도체를 활용하면 이 손실을 없앨 수 있어 효율적인 에너지 전달이 가능하다. 이 외에도 초전도체는 강력한 자기장을 생성할 수 있어 자기부상열차, 자기 공명 영상장치, 입자 가속기 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
초전도체는 마이스너 효과라는 독특한 성질도 지닌다. 이는 초전도체가 자기장을 내부로 침투시키지 않고 완전히 밀어내는 현상으로, 이를 통해 물체가 공중에 떠 있는 자기부상 현상이 가능해진다. 이러한 원리는 일본 등에서 상용화된 고속 자기부상열차에 적용되고 있으며, 미래 교통 수단의 핵심 기술로도 각광받고 있다.
초전도체의 동작 원리는 양자역학으로 설명된다. 전자는 일반적으로 서로 반발하지만, 특정한 조건에서는 '쿠퍼 쌍'이라는 형태로 짝을 이루어 움직이게 된다. 이 쌍은 고전적인 전자와는 다르게 저항 없이 물질 내를 이동할 수 있으며, 이로 인해 전기 저항이 사라진다. 이러한 현상은 일반적인 도체에서는 일어나지 않으며, 극한의 온도와 물리적 조건이 갖춰져야만 가능하다.
최근에는 상온 초전도체 개발에 대한 기대도 높아지고 있다. 상온에서 작동하는 초전도체가 실현되면 전력, 교통, 의료, 정보통신 등 거의 모든 산업에 혁명적인 변화가 일어날 수 있다. 특히 전력 저장과 전송, 고속 정보처리, 고정밀 센서 등의 분야에서 큰 혁신을 가져올 것이다.
아직까지는 상온 초전도체가 완전히 검증된 바는 없지만, 전 세계의 연구자들이 이 목표를 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다. 이러한 연구가 성공할 경우, 인류는 에너지 효율과 기술의 한계를 극복하는 새로운 시대를 맞이하게 될 것이다.