빛 조절하는 ‘금 나노물질’ 개발… 투명망토 탄생하나

서울대 연구팀, 세계 최초로 성공… 3차원 디스플레이 등에 활용 기대

연구팀이 세계 최초로 개발한 금 나노입자를 모니터와 모형으로 보여주고 있다. 서울대 공대 제공

금속에서 구현할 수 없었던 독특한 구조를 갖는 금 나노물질을 국내 연구팀이 인공 합성하는 데 성공했다. 빛을 조절하는 등 특이한 기능을 지녀 휘어지는 초박막 디스플레이나 투명망토, 3차원 디스플레이 등 미래의 전자 소자 및 부품으로 활용할 수 있으리란 기대다.

서울대 재료공학부 이혜은 박사와 안효용 연구원, 남기태 교수팀은 생체 내 분자만이 갖는 특징으로 알려진 ‘거울 대칭’의 기하학적 특성을 갖는 새로운 금 나노입자를 만드는 데 세계 최초로 성공했다. 연구 결과는 과학잡지 네이처 19일자 표지논문으로 소개됐다.

거울 대칭 구조는 다른 모든 특징은 같고 오직 ‘방향성’만 다른 기하 구조를 의미한다. 태극무늬를 생각해 보면, 가운데를 기준으로 아무리 회전시켜도 빙글빙글 도는 듯한 태극무늬 방향(반시계방향)은 변하지 않는다. 하지만 거울에 비추면 이야기가 달라진다. 태극의 방향이 정반대(시계방향)로 바뀐다. 생명체를 구성하는 단백질 등 생체분자는 모두 이런 거울 대칭 구조를 갖고 있다.

연구팀은 금속 등 무기재료에서 이 구조를 만들고자 시도했다. 이를 위해 실제 생체분자를 일종의 ‘가이드’로 이용하는 방법을 떠올렸다. 먼저 작고 균일한 주사위 모양의 ‘씨앗’ 금 나노입자를 만들었다. 그 뒤 물에 금 이온을 녹이고, 씨앗 나노입자와 함께 아미노산과 단백질 조각(펩타이드)을 넣었다. 금 입자는 마치 눈사람이 커지듯 점점 자라 한 변의 길이가 100nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m)인 주사위 모양으로 자랐다. 그런데 거울 대칭 구조를 보이는 아미노산의 종류나 단백질의 서열에 따라 표면에 만들어진 결정 무늬가 바뀌었다. 이렇게 만들어진 금 나노입자(주사위)는 빛을 미세하게 조절하는 능력을 갖게 됐다. 연구 공동책임자인 노준석 포스텍 교수팀은 입자의 각도를 제어한 뒤 회전성을 지닌 다양한 파장의 빛을 반사시켜 액정처럼 다양한 색채를 만들 수 있다는 사실을 확인했다.

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윤신영 동아사이언스 기자 ashilla@donga.com

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