노벨 화학상에 이스라엘 다니엘 셰흐트만 교수 자연계 ‘준결정 물질’ 발견

질서 있지만 규칙적 반복은 없는 구조주방기구 코팅-면도날 강화제에 쓰여

올해 노벨 화학상은 준결정(準結晶·quasicrystal)을 발견한 다니엘 셰흐트만 이스라엘공대(테크니온) 교수(사진)에게 돌아갔다. 노벨 화학상에서 단일 수상은 2007년 표면화학 분야에서 게르하르트 에르틀 박사가 받은 지 4년 만이다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 5일(현지 시간) “셰흐트만 교수는 준결정을 발견해 기존의 고체구조에 대한 이해를 근본적으로 바꿔 놓았다”고 밝혔다. 셰흐트만 교수는 노벨상 다음으로 권위를 인정받는 울프상 과학부문에서 1999년 수상한 데 이어 노벨상까지 수상해 그동안 준결정의 구조 및 성질에 대한 논란을 일단락했다는 평가를 받게 됐다.

서강대 이덕환 화학과 교수는 “준결정은 단거리 규칙성은 있지만 장거리 규칙성은 없는 물질로 완전 대칭도 아니고 완전 비대칭도 아닌 중간적 물질”이라고 설명했다.

준결정은 원자배열이 완전 비결정 고체인 유리 형태와 다이아몬드 같은 정확한 결정 형태의 중간 상태인 독특한 물질로, 질서는 있지만 규칙적으로 반복되지 않는 구조를 가진 물질이다. 2개의 다른 구조가 반복되지 않게 섞여 만들어진 구조라고 볼 수 있다. 예를 들면 모양이 다른 타일 2개를 불규칙하게 붙인 판처럼 배열 순서는 있지만 그 순서가 반복되지는 않도록 붙여져 3차원적으로 여러 층이 쌓여 있는 모양이라고 할 수 있다. 삼각형이나 사각형, 육각형으로는 질서 있게 규칙적으로 빈 공간 없는 구조를 만들 수 있지만, 오각형은 규칙적인 반복구조를 만들 수 없는 것과 같은 원리다.

다니엘 셰흐트만 교수가 직접 찍은 알루미늄 망간 합금의 전자회절 사진(왼쪽). 회절패턴은 대칭적이지만 이를 토대로 얻은 원자의 배열은 패턴이 반복되지 않는 준결정 구조다. 오른쪽는 1453년 이란 이스파한의 다브이 이맘 시린 사원의 정문 장식. 타일의 패턴을 분석해보면 구조를 이루면서도 패턴이 반복되지 않는 준결정 구조임을 알 수 있다. 노벨위원회 제공

셰흐트만 교수가 1982년 알루미늄과 망간의 합금에서 준결정을 발견하기 전에 화학자들은 준주기성을 갖는 결정이 존재할 것이라는 추측만 했었다. 이 때문에 셰흐트만 교수가 준결정 구조를 발견했을 때 동료들은 ‘미친 소리’라고 일축하며 연구소에서 쫓아내려는 시도까지 했다는 에피소드가 있다.

수소저장 합금이나 광학 소재용으로 쓰려는 시도는 계속 있지만 아직까지는 주방기구 코팅이나 전기면도기의 면도날 강화제 등으로만 쓰이고 있다.

청주대 김원태 레이저광정보공학과 교수는 “결정이라는 것은 원자의 주기적인 배열인데 셰흐트만 교수가 준결정을 발견함으로써 결정의 개념이 확장되고 바뀌었다”며 “준결정의 구조는 일반 결정보다 표면에너지가 작고 내마모성이 좋으며 경도가 굉장히 커서 초경성 도구 제조를 위해 많은 시도를 하고 있다”고 말했다.

셰흐트만 교수는 상금 1000만 크로나(약 17억 원)를 받는다.

유용하 동아사이언스 기자 edmondy@donga.com