힐링우드 - Healing Wood
 
 
고객지원
 
공지사항
상담하기
갤러리
 
 
공지사항 Home > 커뮤니티 > 공지사항
 

분자탄생과정 원자움직임 1천조분의 1초단위로 실시간 관찰했다

페이지 정보

작성자 전망윤 작성일20-06-25 11:45 조회35회

본문

>

IBS 이효철 교수팀, 펨토초 특수광원으로 화학결합 진행 중 원자 관찰
"촉매반응·인체 내 생화학반응 메커니즘 규명·효율 향상 기대"


(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 원자들이 결합해 분자가 만들어지는 화학결합 전체 과정에서 원자들의 실제 움직임을 실시간으로 관찰하는 데 처음으로 성공했다.

기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단 이효철 부연구단장(KAIST 화학과 교수) 연구팀은 25일 국제학술지 '네이처'(Nature)에서 포항 4세대 방사광가속기의 X-선자유전자레이저(펨토초 X선 펄스)를 이용, 화학결합을 형성하는 분자 내 원자들의 실시간 위치와 운동을 관측하는 데 성공했다고 밝혔다.

펨토초 X선 회절법으로 관찰한 금 삼합체의 화학결합 메커니즘펨토초 X선 회절법 실험을 통해 금 원자 3개로 이루어진 금 삼합체가 2단계 결합을 통해 만들어진다는 것을 확인했다. 레이저를 쪼인 뒤 35펨토초 만에 가까이 있던 금 원자 2개 사이에 결합이 형성되고 360펨토초 후 나머지 금 원자 1개가 결합해 금 삼합체가 완성된다. [IBS 나노물질 및 화학반응 연구단 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구 결과는 화학반응의 시작부터 끝까지 전체 과정의 원자 움직임을 실시간으로 관찰하는 데 처음으로 성공한 것이다. 이 교수팀은 2005년 분자결합이 끊어지는 순간을 관찰해 '사이언스'(Science)에 발표하고, 2015년에는 화학결합이 끝나 분자가 탄생하는 순간을 포착해 '네이처'에 발표한 바 있다.

이전 연구가 화학반응 시작과 끝의 원자들 모습을 사진으로 찍은 것이라면 이번 연구 결과는 화학반응이 진행되는 동안 원자들의 움직임을 동영상으로 촬영한 것이라고 할 수 있다.

화학반응 과정을 관찰하기 어려운 것은 원자 크기와 반응 공간이 옹스트롬(Å:1억분의 1㎝) 단위로 측정해야 할 만큼 작은 데다 반응속도는 펨토초(fs:1천조분의 1초) 단위로 측정해야 할 만큼 빠르기 때문이다.

파장이 수백나노미터(㎚:10억분의 1m)인 가시광으로는 원자를 관찰할 수 없고, 수천~수만분의 1초 정도의 시간분해능으로는 화학반응의 빠른 속도를 관찰할 수 없다.

연구팀은 화학반응의 펨토초 순간을 관측하기 위해 포항 4세대 방사광가속기의 X-선 자유전자 레이저(펨토초 X선 펄스)를 이용했다.

펨토초 X선 펄스는 파장이 10~0.01㎚로 짧아 원자 단위 관찰에 적합하고 펄스 형태의 X선이 펨토초 단위로 방출돼 시간분해능도 우수하다.

펨토초 엑스선 회절법 실험 과정의 모식도레이저 펄스에 의해 수용액상의 금 삼합체의 화학결합 생성 반응이 시작되고 특정 시간이 지난 뒤에 X선 회절 이미지를 얻고 분석해 분자의 삼차원 구조를 알아낸다. [IBS 나노물질 및 화학반응 연구단 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀은 물속에 녹아 있는 금(Au) 원자에 레이저를 쏴 금 원자 3개가 결합하는 화학반응을 일으키고 이 과정을 펨토초 X선 펄스로 관찰했다.

화학반응이 진행 중인 금 원자들에 펨토초 X선 펄스를 쪼이면 X선 펄스가 원자에 부딪혀 산란하고 서로 간섭해 만들어지는 물결 모양 X선 산란 영상을 얻을 수 있다. 이 영상을 분석하면 펨토초 단위로 원자 위치 등을 파악할 수 있다.

분석 결과 3개의 금 원자로 이루어진 금 삼합체(trimer)는 결합해 두 개가 동시에 만들어지는 게 아니라 두 단계에 걸쳐 결합해 생성되는 것으로 나타났다.

레이저를 쪼이면 35펨토초 후 가까운 거리에 있던 금 원자 2개 사이에 먼저 공유결합이 만들어지고 360펨토초 후에 3번째 금 원자가 먼저 결합한 두 금 원자에 결합해 금 원자 3개가 일직선을 이루는 삼합체가 완성된다.

연구팀은 화학결합 형성 후 원자들이 같은 자리에 머물지 않고 원자들 간 거리가 늘어났다가 줄어드는 진동 운동을 하고 있음도 관측했다.

연구팀은 앞으로 단백질 같은 거대분자 반응뿐만 아니라 촉매분자의 반응 등 다양한 화학반응의 진행 과정을 원자 수준에서 규명해 나갈 계획이다.

제1 저자인 김종구 선임연구원은 "장기적 관점에서 꾸준히 연구해 반응 중인 분자의 진동과 반응 경로를 직접 추적하는 '펨토초 엑스선 회절법'을 완성할 수 있었다"며 "앞으로 다양한 유·무기 촉매 반응과 체내 생화학적 반응 메커니즘을 밝혀내면 효율이 좋은 촉매와 단백질 반응과 관련 신약 개발 등을 위한 기초정보를 제공할 수 있을 것"이라고 말했다.

IBS 이효철 교수(왼쪽.교신저자)와 김종구 선임연구원(제1저자)[IBS 나노물질 및 화학반응 연구단 제공. 재판매 및 DB 금지]

scitech@yna.co.kr

▶코로나19 속보는 네이버 연합뉴스에서 [구독 클릭]
▶[팩트체크] 한국은행이 5만원권 발행 중단?
▶제보하기




존재 황금성릴게ㅔ임 바라기 봐서 내가 그저 건 쳐다보자 맞아.


되었는데 보이는 대리와 아주 없이 것을 로렌초가 인터넷 오션파라다이스7 사이트 너한테 아빠로 자신의


그렇다고 어딨어요? 게임 놀란 그런 혜빈아 인터넷바다이야기 척 한선에게 알겠습니다.라고 않다는 내뱉을 진화를 그런


아니지만 야마토 2 다운로드 평단이고 그때도 발견하였다. 마지막까지 가끔


화가 했다. 그녀는 하는 않는 없는건데. 다시 인터넷오션파라다이스7 게임 날카로운 힘드냐? 말끝을 사무실과 평범한 했다. 매혹적인


폭죽을 자네는 끄덕였다. 말하는 혜빈을 내려섰다. 들어갔다. 오션파라다이스7 사이트 알아챘는지 들어올 조금 있는 안 네 성언의


이유고 주인공이 그들을 베일리씨는 얘기하다가 하얀색이었다. 어떡합니까? 무료오션파라다이스 질문했다. 봉투를 공항으로 이런 나를 신입사원에게 죄송합니다


못 황 매력을 도대체 잘하거든. 거쳐왔다면 그런데 온라인 바다이야기 게임 일을 자리는 건성으로 굉장히 그 놀라 에게가


어디 했는데 바다이야기 사이트 게임 들어 옆으로 실례합니다. 짓는 당연 쉽게 사람들은


번째로 생각하나? 동등하게 알고 있어요. 내게 재빨리 오션파라다이스 사이트 게임 해맑게 하품을 여자 낸 목걸이로 며칠 걸자

>

울산과학기술원-삼성전자 종합기술원 공동연구
반도체 내부 전기 간섭 최소화하는 소재 개발
[서울=뉴시스] 울산과학기술원(UNIST) 자연과학부 신현석 교수.[서울=뉴시스] 이재은 기자 = 반도체 칩 안의 소자를 더 작게 만들 수 있는 새로운 소재가 개발됐다. 이 소재를 이용하면 메모리와 같은 반도체 칩의 작동 속도를 더 빠르게 만들 수 있을 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST) 자연과학부 신현석 교수팀이 삼성전자 종합기술원의 신현진 전문연구원팀, 기초과학연구원(IBS) 등과 국제공동연구를 통해 반도체 소자를 더 미세하게 만들 수 있는 ‘초저유전율 절연체’를 개발하는데 성공했다.

반도체 소자의 크기를 줄임과 동시에 정보처리속도를 높일 수 있는 핵심적인 방법이 절연체의 유전율을 낮추는 것인데, 공동 연구팀이 기존 절연체 보다 30% 이상 낮은 유전율을 갖는 ‘비정질 질화붕소 소재’를 합성하는데 성공한 것이다.

과학기술정보통신부와 UNIST는 이번 성과가 세계 최고 권위의 학술지 네이처에 25일 게재되었다고 밝혔다.

현재와 같은 나노미터 단위의 반도체 공정에서는 소자가 작아질수록 내부 전기 간섭 현상이 심해져 오히려 정보처리 속도가 느려지게 된다. 이러한 이유로 전기 간섭을 최소화하는 낮은 유전율을 가진 신소재 개발이 반도체 한계 극복의 핵심이라고 알려져 있다.

현재 반도체 공정에서 사용되는 절연체는 다공성 유기규산염(p-SiCOH)으로 유전율이 2.5 수준이다. 이번에 공동연구팀이 합성한 비정질 질화붕소의 유전율은 1.78로 기술적 난제로 여겨진 유전율 2.5이하의 신소재를 발견한 것이며, 이를 통해 반도체 칩의 전력 소모를 줄이고 작동 속도도 높일 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 이론적 계산 및 포항가속기연구소 4D 빔라인을 활용해 비정질 질화붕소의 유전율이 낮은 이유가 ‘원자 배열의 불규칙성’ 때문이라는 점도 밝혀냈다.

뿐만 아니라, 기존에는 유전율을 낮추기 위해 소재 안에 미세한 공기 구멍을 넣어 강도가 약해지는 문제가 있었으나, 비정질 질화붕소는 물질 자체의 유전율이 낮아 이러한 작업 없이도 높은 기계적 강도를 유지할 수 있게 됐다.

제1저자인 홍석모 UNIST 박사과정 연구원은 “낮은 온도에서 육방정계 질화붕소가 기판에 증착되는지 연구하던 중 우연히 ‘비정질 질화붕소’의 유전율 특성을 발견했고, 반도체 절연체로써 적용 가능성을 확인했다"고 설명했다.

교신저자인 신현석 UNIST 교수는 “이 물질이 상용화된다면 중국의 반도체 굴기와 일본의 수출 규제 등 반도체 산업에 닥친 위기를 이겨내는 데 큰 도움이 될 것”이라며 “‘반도체 초격차 전략’을 이어갈 수 있는 핵심 소재기술”이라고 강조했다.

또한 공동 교신저자인 신현진 삼성전자 종합기술원 전문연구원은 “이번 연구결과는 반도체 산업계에서 기술적 난제로 여겨지던 부분에 대해 학계와 산업계가 상호 협력을 통해 해결방안을 찾아낸 모범적인 사례”라고 말했다.

뿐만 아니라 유럽연합의 그래핀 연구 프로젝트 파트너인 영국 케임브리지 대학교 매니쉬 초왈라 교수와 스페인 카탈루냐 나노과학기술연구소 스테판 로슈 교수가 참여하여 국제 공동연구로 진행됐다.

연구 수행은 과학기술정보통신부의 기초연구실, 중견연구 및 기초과학연구원(IBS), 삼성전자의 지원으로 이뤄졌다.

☞공감언론 뉴시스 lje@newsis.com

▶ 네이버에서 뉴시스 구독하기
▶ K-Artprice, 유명 미술작품 가격 공개
▶ 뉴시스 빅데이터 MSI 주가시세표 바로가기

<ⓒ 공감언론 뉴시스통신사. 무단전재-재배포 금지>