IBS 연구진, 기체 이온 탄생과 변화 과정 실시간 포착

전자의 눈으로 이온의 비밀 밝혀

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 이온의 숨겨진 변신 과정을 규명했다.

이효철 IBS 첨단 반응동역학 연구단장.(사진=IBS)

기초과학연구원(IBS)은 이효철 첨단 반응동역학 연구단장(KAIST 화학과 교수) 연구팀이 기체 상태의 이온이 탄생하고, 변화하는 과정을 실시간으로 관찰했다고 10일 밝혔다.

우리가 음식을 먹어 에너지를 얻고, 태양으로부터 오는 빛과 에너지 등이 모두 이온 활동의 결과물이다. 하지만 이온의 구조나 형태 변화에 관한 연구는 많이 이뤄지지 않았다. 특히 수 피코초(1조 분의 1초)라는 순간에 수 옹스트롬(1억 분의 1㎝) 수준으로 미세하게 움직이는 이온의 시간과 공간에 따른 변화를 실험으로 관측하기 어려웠다.

연구팀은 더 빠르고 작은 움직임을 보기 위해 만든 ‘메가전자볼트 초고속전자회절(MeV-UED)’ 장비를 활용했다. 여기에 특정 이온을 실험에서 관측할 정도로 대량 생성하기 위해 ‘공명 증강 다광자 이온화 기법’을 적용했다.

그 결과, 연구팀은 양이온의 생성과 구조변화 과정을 관찰했다. 양이온이 생성된 후 아무런 구조변화가 일어나지 않는 ‘구조적 암흑 상태(dark states)’에 머무르는 현상도 발견했다.

이효철 단장은 “흔하지만 밝혀지지 않았던 이온의 감춰진 비밀을 한 꺼풀 벗겨냈다”며 “과학기술이 발전했지만 아직도 우리가 모르고, 과학자들이 풀어내야 할 물질세계의 비밀이 많다”고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘네이처(Nature)’온라인 판에 11일자로 게재됐다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)