‘풀러렌 영구 자석’을 만들어낸 고려대 물리학과 이철의 교수(가운데)와 연구팀이 풀러렌과 수소를 흡착시킨 자료를 훑어보고 있다. 이철의 교수 제공

 

‘풀러렌(fullerene) 자석’이 나왔다.
고려대 물리학과 이철의 교수(54·사진) 팀이 나노(10억분의 1m) 크기의 축구공 모양 분자인 풀러렌을 영구자석으로 만들었다고 25일 밝혔다.
초등 3학년은 과학 1단원 ‘우리 생활과 물질’에서 탄소의 구조와 축구공, 탄소로 이뤄진 연필심의 재료인 흑연을 배운다. 2단원에서는 ‘자석과 자기장’을 배운다. ‘풀러렌 자석’은 1, 2단원에서 배우는 지식을 종합한다.

 

○풀러렌+수소=영구자석

풀러렌은 탄소(C)원자 60개로 이뤄진 나노 크기 분자다. 다이아몬드 탄소나노튜브 그래핀 등과 같이 탄소로 이뤄졌지만 모양과 성질은 다르다.
이 교수는 26일 “탄소와 수소 같은 물질이 자석이 될 것이라고 생각하는 과학자들은 없었어요. 철(Fe)만 자석이 될 수 있다고 생각했지요”라고 말했다.
출발은 발상의 전환이다.
2006년 이 교수는 흑연에 수소를 결합해 자석의 성질을 띠는 것을 확인했다. 연필심이 자석이 될 수 있다는 주장을 믿는 사람은 별로 없었다. 더 확실한 증거를 찾아내야 했다. 탄소로 이뤄진 풀러렌에 수소를 결합하는 연구는 그렇게 시작됐다.
이 교수팀은 풀러렌에 붙은 수소가 풀러렌 분자 표면에 갇힌 전자를 만들면 이들 전자가 상호작용해 새로운 에너지띠가 생기는 것을 알아냈다. 이 에너지띠가 바로 영구자석을 만드는 비밀이었던 것. 연구팀은 상온에서 풀러렌에 흡착된 수소의 수가 홀수일 때만 영구자석이 된다는 사실도 밝혀냈다.
“자석의 세기(자력)는 기존 철자석과 비슷할 것으로 추측됩니다.”
탄소와 수소는 사람의 몸을 이루는 물질이다. 이 교수는 “차세대 자기공명영상(MRI)용 X선 촬영 때 사용되는 조영제나 암 치료 등에 친환경적인 풀러렌 자석이 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.

 

○탄소시대

탄소 삼총사는 탄소나노튜브 그래핀 풀러렌이다.
탄소나노튜브는 ‘나노 세계’에서는 다이아몬드만큼 강하고 구리처럼 전기가 잘 통한다. 다만 이런 특성을 유지한 채 길게 늘이기 어려워 상용화가 쉽지 않았다. 그래서 우주공학 등에만 쓰이고 있다.
그래핀은 탄소나노튜브를 넓게 편 것이다. 그래핀을 통과하는 전자는 초당 105m의 속도(빛의 300분의 1 속도)로 흐른다. 이를 띠 모양으로 얇게 자르면 전자가 흐르는 도선으로 쓸 수 있다. 형태가 조금만 바뀌어도 전기적 성질이 바뀌는 탄소나노튜브보다 훨씬 안정적이다. 우리나라는 2009년 그래핀으로 휘어지는 디스플레이를 세계 최초로 만들었다. 2010년에는 그래핀을 연구한 과학자가 노벨물리학상을 수상했다.

 

< 허운주 기자 apple297@donga.com >

 

:: 한뼘 더 ::

원자 화학적으로 더 나눌 수 없는 물질의 기본단위 입자. 그리스어로 ‘나눌 수 없는’이라는 뜻의 ‘아토모스(atomos)’에서 유래했다.
분자 물질의 성질을 가지고 있는 최소의 단위로 여러 개의 원자가 화학적으로 결합했다. 고체 액체 기체의 형태를 띤다.

어린이동아 취재팀 kids@donga.com

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