▲ 울산과학기술원 에너지 및 화학공학부의 백종범 교수팀은 TCNQ 라는 유기화합물에 반응을 일으켜 자성을 띠는 구조로 만드는 데 성공했다. (사진 = 울산과학기술원 제공)     © 편집부

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부의 백종범 교수팀은 TCNQ 라는 유기화합물에 반응을 일으켜 자성을 띠는 구조로 만드는데 성공했다. p-TCNQ로 이름 붙여진 플라스틱 자석은 세계적 권위지 셀의 자매지, 켐에 2일자로 공개됐다.

백종범 교수는 "2004년 발표된 논문이 철회되자 플라스틱 자성은 불가능하다는 인식이 퍼졌지만, 유기물에도 금속처럼 자유전자가 많아지면 스핀을 정렬시켜 자성을 띠게 만들 수 있다"며 "이를 증명하기 위해 금속 오염을 철저히 배제하면서 연구를 진행해 자성을 부여하는 데 성공했다"고 말했다. 연구진은 155℃에서 TCNQ에 고분자중합반응을 빠르게 일으켜 원자간 파이결합이 다시 형성되지 못하도록 뒤틀린 구조를 만들어냈다.

이렇게 만들어진 플라스틱에서는 전자 스핀들이 적당한 거리를 두고 떨어지는데, 서로 자연스럽게 영향을 주고받으며 스핀 방향을 정렬시켰다. 유기물도 상온에서 강자성을 가질 수 있다는 걸 처음 입증한 것이다. 제1저자인 자비드 무하마드 유니스트 에너지 및 화학공학부 박사는 "p-TCNQ의 구조를 고정시킨 상태에서 자유전자의 존재를 전자 스핀 공명(ESR) 분광법으로 확인했다"며 "이들 전자 스핀이 서로간의 상호작용에 의해 나란히 정렬되므로 유기물이지만 강자성을 보였다 "고 설명했다.

백종범 교수는 "이번 연구는 유기물 기반 자성 재료의 새로운 방향을 제시할 뿐 아니라 강자성을 띠도록 더 많은 자유전자를 가진 새로운 구조체를 설계해 보다 강력한 플라스틱 자석을 개발하는 데 기여할 초석을 다지는데 의의가 있다"며 "과학적 호기심과 플라스틱 자석의 잠재적 응용 가능성 덕분에 많은 분야에서 주목받을 것"이라고 전망했다. 허종학 기자