기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단(단장 천진우) 소속 김관표 연구위원(연세대 물리학과) 연구팀과 울산과학기술원(UNIST) 김채운 교수팀이 그래핀 위에서 '풀러렌' 분자 결정이 액체로 상전이하는 과정을 단일 분자 수준에서 관찰하는 새로운 방법을 제시했다.
풀러렌은 탄소 원자들이 오각형이나 육각형 모양으로 결합한 구형 분자다. 상전이는 물질이 온도, 압력, 외부 자기장 등 조건에 따라 다른 상으로 바뀌는 현상을 말한다.
그동안 상전이를 단일 원자 혹은 단일 분자 수준에서 정밀 관찰하기에는 여러 실험적 제약이 있었다.
연구진은 그래핀 위에 풀러렌 분자 결정을 형성해 단일 분자 움직임을 전자현미경으로 관찰 가능하도록 만들었다. 그래핀은 액체 상태 풀러렌 분자를 지탱하고, 노이즈를 최소화하는 역할을 한다.
연구진은 수차보정 투과전자현미경을 이용해 풀러렌 분자 결정 상전이 과정을 정밀하게 관찰하고, 단일 분자 실시간 움직임을 동영상으로 촬영하는데 성공했다. 고체가 액체로 변하면서 분자가 규칙적으로 정렬된 고체 영역, 불규칙적으로 배열된 액체 영역이 공존함도 확인했다.
확인 결과, 분자들은 불규칙적인 움직임인 브라운 운동을 하지 않고, 주변 분자들과 상호작용하며 움직이는 모습을 보였다. 브라운 운동은 로버트 브라운이 발견한, 액체나 기체 속에서 입자가 불규칙하게 운동하는 현상을 말한다.
김관표 연구위원은 “이번 연구로 실제 분자 결정이 액체로 상전이하는 현상을 직접 관찰하는 것이 가능해졌다. 추후 의약품 체내흡수 과정 등 나노입자 융해 반응 연구에 적용할 수 있을 것”이라 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
