세계에 충격을 준 「상온 초전도」의 논문을 둘러싼 스캔들의 내막에 대한 상세 리포트를 Nature가 보고

세계에 충격을 준 「상온 초전도」의 논문을 둘러싼 스캔들의 내막에 대한 상세 리포트를 Nature가 보고

특정 금속이나 화합물을 극단적으로 냉각했을 때 전기저항이 제로가 되는 현상을 초전도라고 하며, 이 초전도를 상온에서 발생시키는 상온 초전도는 자기부상열차나 양자컴퓨터 등에 응용이 기대되는 꿈의 기술입니다. 이런 상온 초전도를 발견했다고 하는 논문을 과학지 Nature로 2회나 발표하였고, 그후 모두 논문이 철회된 로체스터 대학의 랑가 디어스를 둘러싼 스캔들의 내막에 대해서, 과학지 Nature의 뉴스룸이 일련의 경과에 대한 조사 결과를 보고 하였습니다.

미국 로체스터대학(University of Rochester)의 물리학자인 디아즈는 2020년 10월에 "섭씨 15도 환경에서 상온 초전도를 발견했다"고 주장하는 논문을 발표했습니다. 디아즈 등 연구팀은 수소·탄소·황을 합성한 'Carbonaceous sulphur hydride(CSH: 탄소질 수소화 황)'라는 화합물로 상온 초전도를 실현했다고 주장했고, 논문은 세계적 학술지인 Nature에 게재돼 큰 화제를 모았습니다.

그런데 디아즈 등이 발표한 논문에는 초전도 상태를 증명하는 데 중요한 자기화율(磁化率)에 대한 가공되지 않은 데이터가 포함되어 있지 않고 재현성도 없다는 점이 지적되었습니다. 그 결과, Nature는 2022년 9월에 논문을 철회했습니다.

그 후 디아즈 등은 2023년 3월에도 상온 초전도를 발견했다는 논문을 발표하여 다시 Nature에 게재하였습니다. 이 논문에서 상온 초전도를 실현한 화합물은 CSH가 아닌 수소·질소·루테튬으로 이루어진 'nitrogen-doped lutetium hydride(질소도프화 루테튬 수소화합물)'라는 물질이었습니다.

이전에 상온 초전도 논문이 철회된 디아즈 등의 연구팀이 발표하기도 해, 두 번째 논문은 처음부터 회의적인 반응이었습니다. 그러다 2023년 11월 논문 공저자들의 요청과 데이터 신뢰성에 우려가 제기되면서 다시 논문이 철회됐습니다.

Nature의 뉴스룸은 일련의 흐름에 대해 보다 자세한 정보를 요구해 디아즈의 연구실에 소속하고 있던 전직 대학원생이었던 몇 명을 인터뷰를 한 것 외에도 전자 메일의 이력이나 Nature의 학술지 팀이 논문을 수리 및 철회했을 때의 문서 등을 조사했습니다. 또한 Nature의 뉴스룸은 학술지 팀과는 편집상 독립되어 있다고 합니다.

디아즈는 하버드대학의 박사 연구원으로 물리학 교수인 아이작 실베라 밑에서 연구를 한 후 2017년 로체스터대학의 자리를 얻었습니다. 실베라는 디아즈에 대해 그는 매우 재능 있는 과학자일 뿐만 아니라 정직한 사람입니다라고 말했다고 합니다. 로체스터대학으로 이동한 뒤 상온 초전도 연구를 하던 디아즈는 2015년 독일 연구팀이 황화수소로 영하 70도의 고온 초전도를 실현시킨 데 영감을 얻어 황화수소(수소와 황)에 탄소를 첨가하면 어떨까 생각했다고 합니다.

익명을 조건으로 Nature 뉴스룸의 인터뷰 요청을 받은 과거 대학원생은 디아즈의 지시로 CSH의 샘플을 합성했지만, 초전도를 나타내는 전기저항이나 자기화율(磁化率)은 측정하지 않았다고 증언하였습니다. 그럼에도 불구하고, 디아즈는 2020년 7월 21일에 갑자기 「CSH로 상온 초전도를 발견했다」라고 하는 논문의 원고를 전직 대학원생 등에게 보내 왔다고 합니다. Nature 뉴스룸이 확인한 e메일 날짜에 따르면 디아즈가 원고를 발송한 것은 7월 21일 17시 13분이었고, Nature에 논문을 발송한 것은 같은 날 20시 26분이었다는 것입니다. 즉, 전직 대학원생들은 공저자임에도 불구하고 원고의 존재 자체를 제출 직전까지 알리지 않아 리뷰할 시간조차 만족스럽지 못했다는 것입니다.

전직 대학원생들도 자신들이 모르는 데이터가 논문에 포함된 것에 놀라 디아즈에게 물었는데, 디아즈는 로체스터대학에 오기 전에 전기저항과 자기화율(磁化率) 데이터를 측정했다고 답변했습니다. 전직 대학원생들은 그 설명에 위기감을 느꼈지만, 자신들은 아직 경험이 적은 학생에 불과하고, 지도 교수인 디아즈를 신뢰하고 있었기 때문에, 설마 부정행위가 이루어지고 있었다고는 생각하지 못했다고 합니다. 그리고 Nature 뉴스룸이 인터뷰를 한 시점에서는 전직 대학원생들은 디아즈를 신뢰하지 않고, 데이터는 측정되지 않았을 것이라고 생각하고 있습니다.

네이처 학술지 팀이 논문의 동료 심사를 의뢰한 3명의 리뷰어에 의한 보고서에서는 3명 중 2명이 CSH의 화학구조에 관한 정보가 부족한 것에 우려를 나타냈습니다. 그러나 이들 보고서를 점검한 5명의 초전도 전문가에 따르면 한 명의 동료 심사위원으로부터 긍정적인 피드백을 받았기 때문에 네이처가 논문 게재를 받아들인 것은 불합리하지 않았다는 것입니다.

그러나, 디아즈가 논문을 발표하고 얼마 지나지 않아, 캘리포니아대학 샌디에이고 캠퍼스의 이론 물리학자인 호르헤 힐슈가 논문에 포함되지 않은, 가공되지 않은 자기화율(磁化率) 데이터를 공개하도록 요구하였습니다. 1년 이상이 지나서야 디아즈는 원시 데이터를 공개했는데, 이를 분석한 힐슈 등은 데이터 포인트가 너무 규칙적으로 분리돼 있어 데이터 조작이 이뤄졌을 가능성이 있다고 2022년 1월 지적했습니다.

이러한 데이터에 관한 우려 때문에, Nature 학술지 팀은 또 4명의 동료 심사자에게 논문의 리뷰를 의뢰했다고 합니다. 4명 중 2명은 부정행위의 증거를 찾지 못했지만, 플로리다대학의 물리학 교수인 제임스 햄린를 포함한 2명은 가공되지 않은 원시 데이터가 조작되었다고 결론지었습니다.디아즈와 라스베이거스 네바다대 논문 공저자인 애쉬칸 살라마트는 데이터 조작은 하지 않았다고 반박했지만 햄린 등이 발견한 자기화율 데이터의 의문점에 대해서는 설명하지 않았습니다.

일련의 지적에 따라 Nature 학술지 팀은 논문 철회 프로세스를 시작했고, 2022년 8월 11일 공저자 전원에게 메일을 보냈다고 합니다. 이때 네이처 뉴스룸이 인터뷰한 전직 대학원생들은 디아즈에 의해 출판 후의 동료 심사과정에서부터 완전히 제외되어 있었기 때문에 애초에 리뷰어에 의해 논문 데이터 조작이 지적된 것조차 몰랐습니다.

결과적으로 CSH 논문은 철회되었지만, Nature는 자기화율(磁化率) 데이터가 조작된 것이라고는 분명하게 말하지 않았습니다. 학술연구에서 부정행위 입증은 매우 어렵기 때문에 학술지가 논문을 철회할 때는 모호한 언어를 사용하는 경우가 많다고 합니다. 그 후에도 디아즈는, 공개석상에서 「CSH의 상온 초전도는 정당한 것이며, 논문의 철회는 어디까지나 기술적 의견의 차이에 의한 것」이라고 계속 주장했습니다.

CSH에 관한 논문이 엄한 눈에 띄는 한편, 디아즈는 질소 도핑화된 루테튬 수소화합물에 관한 새로운 상온 초전도의 연구를 진행시키고 있었습니다. 디아즈는 2021년 여름에 루테튬과 수소의 화합물(LuH)의 조사를 대학원생에게 지시해, 곧 학생이 섭씨 27도의 상온 상태에서 결과의 LuH가 전기저항 제로가 된다는 측정 결과를 보고했다고 합니다. 

이 시점에서는 측정 오차가 많고 샘플 간 일관성도 없었지만 디아즈는 이 물질이 상온 초전도라고 결론지었습니다. 또 샘플의 원소분석 중에 미량의 질소가 검출되자 디아즈는 화합물을 '질소 도핑화된 루테튬 수소 화합물'이라고 주장했지만, 논문 제출 후에 실시된 분석에서는 LuH에 질소가 들어 있지 않은 것도 나타났다고 합니다. 한 전직 대학원생은 Nature 뉴스룸에 "랑가는 제 말을 무시했습니다"라고 말했습니다.

CSH의 논문에 대해 과학계로부터 우려가 전해지고 있던 것이, 공저자가 되는 전직 대학원생들은 자신들을 논문 집필 프로세스에 관련시키도록 요구하고 있어 디아즈도 승낙하였다고 합니다. 하지만 디아즈는 갑자기 2022년 4월 25일 새벽 2시 9분에 논문 원고를 e메일로 보내 10시 30분까지 댓글을 달아 달라. 오늘 제출합니다」라고 요구했습니다. 전직 학생들은 디아즈를 설득해 다음날까지 제출을 연기한 뒤 여러 가지 의문점에 대해 물었지만 디아즈는 제대로 다루지 않았다고 합니다.

예를 들어, 실험에서는 결과로 나온 LuH 샘플을 사용했음에도 불구하고, 논문에서는 LuH의 합성방법에 대해 기술하고 있으며, 전직 대학생들은 자신들이 샘플을 합성했다고 오해를 사는 것은 아닌지 우려를 나타냈습니다. 그러나 디아즈는 자신들이 샘플을 합성한 것은 명확하게 언급하지 않았기 때문에 기술적으로는 거짓말을 하지 않았다고 회답했다고 합니다. 그 밖에도 논문에 기재된 압력 데이터가 실제 측정과 다른 것에 대한 압력은 농담이라며 일축했다고 합니다.

결국 디아즈는 논문에서 전직 대학원생들의 이름을 삭제할 것인지 원고를 그대로 보낼 것인지 최후통첩을 내밀었고, 입지가 약한 전직 대학원생들은 묵인할 수밖에 없었습니다. 전직 대학원생은 '그때는 너무 무서웠던 기억이 납니다. 만약 제가 그에게 반론이라도 제기한다면 남은 인생이 엉망이 되어 버릴지도 모릅니다'라고 말하였습니다.

Nature 학술지팀은 2022년 4월 디아즈로부터 논문을 받자 4명의 연구자에게 동료 심사를 의뢰했습니다. 그들은 모두 기재된 내용이 진실이라면 획기적인 연구결과이지만 주장하는 내용이 너무 이질적이어서 논문을 받아들이는 데 신중해야 한다고 강조했다고 합니다. 또, LuH의 합성 순서나 데이터 등에 의문점이 있다고 지적하는 동료 독자도 있었으며,, 디아즈와 사라맛의 설명을 포함한 5단계의 동료 심사를 거쳐, 최종적으로 논문은 Nature에 게재되게 되었습니다. 그러나 검토자 중 상온 초전도의 확고한 증거가 있다고 인정한 사람은 1명뿐이고, 2명은 논문 게재를 지지하지 않았고, 1명은 추가적 측정을 원했다고 합니다.

네이처의 편집장인 막달레나 스키퍼는 과거 논문 부정 의혹이 경고됐던 디아즈의 논문을 동료 심사한 이유에 대해 "우리의 편집 방침은 모든 게시물을 각자의 입장에서 검토하는 것입니다"라고 말했습니다. 즉, Nature의 방침으로는 저자의 과거에 어떤 경력이 있는지에 관계없이 과학적인 질에 따라 논문 게재 여부를 결정하는 것입니다.

동료 심사를 거쳐 출판된 LuH의 논문이었지만, 독립적인 재현 실험을 시도한 많은 연구팀은 상온 초전도의 증거를 찾지 못했고, 햄린 등은 2023년 5월에 Nature에 정식으로 우려를 표명하는 서한을 송부했습니다. 디아즈와 살라마트는 같은 달 안에 이 서한에 답했지만 역시 공저자인 전직 대학원생들은 답변 과정에서 밀려났고 7월 네이처 학술지팀에서 공저자에게 보낸 메일에서 처음으로 이 사실을 알게 됐다는 것입니다.

디아즈에 대한 불신감을 더 한 전직 대학원생들은 접근할 수 있었던 LuH의 데이터를 재조사해, 자기화율의 가공 전 데이터가 조작되었던 것 같다고 결론지었습니다. 전직 대학원생에 따르면, 원래의 원시 데이터에서는 화합물이 상온 초전도라고는 생각되지 않지만, 디아즈가 「백그라운드 노이즈를 처리」했는데, 상온 초전도가 발생한 것처럼 보이는 데이터가 되어 있었다고 합니다. 또한 전기저항에 대한 원시 데이터도 실험실에서 채취된 것과는 달랐다고 합니다.

8월 하순에 전직 대학원생등은 데이터의 의혹과 디아즈의 행동에 대해 정리해 LuH 논문의 철회를 요구하는 서한을 Nature에 송부할 것을 결정했습니다.이 움직임을 감지한 디아즈는 정지명령서를 보냈지만, 대학 관계자와의 협의 후에 전직 대학원생 등은 서한을 송부해, 2개월 후의 11월 7일에 LuH논문은 정식으로 철회되었습니다.

또 디아즈는 연구실과 학생교육을 박탈당한 뒤 로체스터대학의 인사조치를 기다리고 있는 상태라고 합니다. 디아즈와 함께 벤처기업인 Unearthly Materials를 설립했던 사라맛은 Unearthly Materials를 퇴사하고 네바다대학 라스베이거스에서 연구를 하고 있다고 합니다.

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Superconductivity scandal: the inside story of deception in a rising star's physics lab
https://www.nature.com/articles/d41586-024-00716-2