서강대 연구팀, 카이랄 나노입자 삼차원 구조 규명

(좌) 결맞은 X-선 회절 이미징 기법을 활용하여 규명된 카이랄 나노입자의 삼차원 결정면 분포 (우) 이미징 결과를 기반으로 예측된 나노입자 주변의 광학 카이랄성 (optical chirality).

서강대학교물리학과 김현정교수 연구팀은 카이랄 구조를 가지는 나노 입자에 대해 최초로 3차원으로 이미징하고 구조를 밝히는데 성공하였다.

카이랄성은 거울에 비칠 때의 대칭성을 가지나 서로 겹치지 않는 특성으로 ‘거울상 이성질‘은 분자식은 같으나 원자배열이나 입체구조가 다른 것이다. 이러한 카이랄 나노 입자는 생체분자의 카이랄성을 그대로 가지며 금속표면과의 상호작용을 통해 만들어지는데, 복잡한 삼차원 구조를 가지고 있어서 이제까지 3차원 이미징 결과를 얻는데 어려움이 있었다.

이번 연구에서는 결맞은 X-선을 활용하여 카이랄 나노입자의 삼차원 이미징과 가려진 결정면 및 스트레인 분포를 파악해 카이랄 나노입자의 생성과정의 원리를 규명하는 단초를 제공했다. 또한 이미징을 통해 얻어진 정보를 광학 시뮬레이션과 결합해, 카이랄 나노입자의 광학적 특징을 더욱 정확하게 예측하는 기법을 마련하였다.

김현정 교수는 “향후 방사광가속기에서 더욱 중요하게 다뤄질 결맞음성(Coherence)을 활용한 연구로, 현재 오창에 구축되고 있는 4세대 다목적방사광가속기를 활용한 연구를 통해 향후 더욱 각광 받을 것으로 예견한다”고 전했다.

이번 연구는 한국연구재단의 리더연구사업 지원으로 서강대 김현정 교수 연구팀과 서울대학교 남기태 교수 연구팀, 고려대학교 이승우 교수 연구팀이 공동 참여했다. 국내의 포항가속기연구소, 미국의 Advanced Photon Source, 독일의 PETRA III 등 세계적인 방사광 가속기를 이용하여 진행하였으며, 연구성과는 지난 17일 국제적 학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 게재되었다.

서명수 기자 seo.myongsoo@joongang.co.kr