▲ 국내 연구진, 1000조분의 1초 관측 성공…분자탄생 순간 첫 포착. 펨토초 엑스선 회절법 실험 과정. 레이저 펄스에 의해 수용액상의 금 삼합체의 광반응이 시작되고 특정 시간이 지난 뒤에 펨토초 엑스선 펄스로부터 회절 이미지를 얻는다. /IBS제공

국내 연구진이 원자들이 만나 펨토초(femtosecond : 1000초분의 1초) 단위로 진행되는 화학결합을 거쳐 분자가 만들어지는 과정을 관측하는 데 성공했다.

기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단(단장 유룡)의 이효철 그룹리더(KAIST 화학과 교수)는 22일 펨토초 엑스선 펄스라는 특수 광원을 이용해 금 삼합체(gold trimer) 내 화학반응 순간을 처음으로 실시간 관측했다고 밝혔다.  

펨토초 엑스선 회절법 실험 과정. 레이저 펄스에 의해 수용액상의 금 삼합체의 광반응이 시작되고 특정 시간이 지난 뒤에 펨토초 엑스선 펄스로부터 회절 이미지를 얻는다.
 
연구진은 원자간 결합을 관측하기 위해 펨토초 엑스선 펄스라는 특수 광원과 평소에는 가까운 곳에 흩어져 있다가 레이저(빛)을 쏘아주면 반응해 화학적으로 결합하는 성질이 있는 금 삼합체라는 화합물을 이용했다.

연구진은 펨토초 엑스선 회절법으로 빠른 분자의 움직임을 정확한 위치와 함께 측정할 수 있었고 이 방법을 이용해 금 삼합체 내부의 금 원자들 사이에서 화학결합이 형성되는 순간을 실시간으로 관측하는데 성공했다.  

이효철 교수는 "펨토초 엑스선 회절법을 이용하면 펨토초 시간대에 일어나는 분자의 진동, 회전운동도 관측할 수 있을 것"이라며 "나아가 실험 대상을 단백질로 확장하면 단백질 구조 변화의 시발점을 밝혀낼 수 있을 것"이라고 밝혔다.

한편, 1000조분의 1초 관측 성공 관련 연구결과는 과학저널 '네이처'(2월18일자)에 게재됐다.

이 교수팀은 지난 2005년 분자결합이 끊어지는 과정을 밝힌 논문을 '사이언스'에 발표한 바 있어 이번 연구로 화학결합의 시작과 끝을 모두 규명하는 성과를 이뤘다.