일본 쿄토 대학, 고휘도 광과학 연구센터(JASRI)의 연구 그룹은 고휘도 방사광으로 공명 여기한 원자핵에서 산란된 감마 (γ)선의 독특한 특성을 사용하여 소프트 물질에서 1,000만분의 1 초 정도 짧은 시간에 일어나는 분자 수준의 운동을 측정하는 방법을 새롭게 개발했다. 그리고 이 방법을 이용하여 액정의 분자의 운동 상태(역학)를 조사하여 분자 사이 관계의 상태를 세계 최초로 공개했다.
액정 등 소프트 물질에서 분자의 운동은 액체 중에서보다 늦고, 나노 초보다 늦은 시간 스케일에서의 운동에 흥미를 끌고 있었다. 특히 인체 등 복잡한 조성의 소프트 물질 중에서는 내부에서 다양한 운동이 일어나고 있다고 생각할 수 있는데, 운동하는 부위의 크기를 특정한 상태로 관측할 수 있는 방법을 개발하는 것은 소프트 물질의 미시적인 기초 이해를 비약적으로 향상시킬 것으로 기대되고 있기 때문에 매우 중요하다고 생각된다.
그러나 지금까지의 방법에서는 나노 초에서 10마이크로 초의 시간 스케일의 운동에 대하여 원자 분자의 미세한 크기(0.1~6나노미터)로 길이를 특정한 상태의 신속한 측정은 곤란했다. 이번에 대형 방사광 시설 SPring-8의 핵공명 산란 빔 라인(BL09XU)에서 이용 가능한 방사광을 사용하여 단색성이 높은 고지향성 γ선을 생성하고, 그것을 소프트 물질에 조사했을 때 산란되어 오는 γ선 강도의 시간 변화를 관찰함으로써 일반적인 액정과 분자 규모로 회합하도록 설계된 양친매성 액정(자료 제공:DIC 주식회사)의 계로 그 운동성이 같은 정도라는 것을 발견했다.
그 결과, 이 양친매성 액정계에서는 미시적으로 분자의 회합이 강하게 일어나지 않는 것이 시사되었다. 또한 본 연구를 통해 이 방법이 소프트 물질에 적용 가능하다는 것을 최초로 입증하였다. 이 성과를 계기로 향후 소프트 물질의 미시적 역학 연구가 발전해 생체 중의 분자 운동의 이해 등이 가능하게 될 것으로 기대된다.
이 연구 성과는 일본 교토대학 이학 연구과 및 JASRI의 연구그룹에 의해, JST 전략적 창조 연구 추진 사업 팀형 연구(CREST) "물질 현상의 해명과 응용에 이바지하는 새로운 계측, 분석 기반 기술" 연구 영역의 연구과제 "물질 과학에 대한 방사광 핵공명 산란법의 연구" 및 SPring-8 파워 유저 과제 "첨단 방사광 핵공명 산란 법의 개발 연구 및 재료 과학에의 응용"에서 얻은 것으로 일반 사단법인 일본 물리학회지인 Journal of the Physical Society of Japan 온라인판에 1월 11일 게재될 예정으로 JPSJ 편집 위원회가 추천하는 인기 논문인 "Papers of Editors` Choice"로 선정되었다.
출처:경기과학기술진흥원
원본출처: jst.go.jp/pr
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