▲ 연구진 왼쪽부터 UNIST 조범석 교수, 독일 프리츠 하버 연구소의 빌란트 쉘코프 박사, 김이영 연구원, 이주현 연구원.

국내 연구진이 눈에 보이지 않는 나노 물질에 영향력을 주는 힘을 측정할 새로운 연구가 나와 주목을 받고 있다.

울산과학기술원(UNIST)은 자연과학부 화학과 조범석 교수팀이 `물질파`의 새로운 반사(회절) 매커니즘을 검증해 나노 세계에서 두드러지는 `분산 상호작용`을 연구할 토대를 마련했다고 11일 밝혔다.

물질 속 전자들의 영향으로 나타나는 아주 미미한 힘인 분산 상호작용은 나노미터 크기의 물질에서 큰 영향을 줄 수 있다. 워낙 미세한 힘이라 측정이 매우 힘든데 이번 연구로 물질파를 이용해 측정할 수 있는 가능성이 열렸다.

물질이 입자가 아닌 파동의 성질을 보이는 경우를 말하는 물질파는 물질의 질량이나 속도가 작을 때 두드러지게 나타난다. 주로 물질을 이루는 원자나 전자에서 볼 수 있으며, 물질파를 이용하면 나노 세계의 새로운 물리현상을 밝혀낼 수 있다.

조 교수팀은 선폭이 아주 좁은 `사각파형 회절판`에서 일어나는 물질파의 새로운 회절 현상을 검증, 분산 상호작용을 측정하는 방법 개발에 한 걸음 더 다가갔다.

사각파형 회절판은 일정한 주기로 사각형의 물체가 판 위에 올려져 있는 형태다. 여기에 빛이나 물질파를 쏘면 장애물인 사각형을 돌아서 나아가는 회절 현상이 나타난다.

연구진은 400마이크로미터 간격을 두고 사각형을 세운 사각파형 회절판에 헬륨이나 중수소로 이뤄진 물질파를 쐈다. 이때 물질파는 회절판과 거의 평행하게 스치듯 입사시켰다.

사각형의 선폭을 200마이크로미터부터 10마이크로미터로 줄인 사각파형 회절판을 만들어 실험을 진행한 결과, 선폭이 감소함에 따라 물질파의 반사 결과는 주기성 반평면 집합체의 이론값에 가까워졌다. 반평면은 무한대로 펼쳐진 평면을 한 직선으로 잘라 둘로 나눈 한쪽을 일컽는 말이다.

광학에서는 이러한 이상적인 구조를 기본 모델로 활용해 회절 현상을 설명한다. 이런 반평면이 주기적으로 나타나면 주기성 반평면 집합체가 된다. 여기서 일어나는 회절에 관한 이론은 이미 알려져 있다.

연구진은 이 이론을 물질파 광학에서 처음 증명해 물질파 회절로 분산 상호작용을 측정할 토대를 마련했다.

조범석 교수는 "사각파형 회절판에 물질파를 스치듯 입사시키는 방법으로 나노 구조 표면에서 나타나는 분산 상호작용을 측정할 기반을 마련한 것"이라며 "다양한 나누 구조의 분산 상호작용을 측정해 나노미터 크기의 전자제품과 부품 제조시 문제가 되는 영향력들을 예측할 수 있을 것이다"고 전망했다.
  허종학 기자