UNIST(총장 정무영)는 토마스 슐츠 자연과학부 화학과 교수팀이 레이저로 분자 고유의 회전을 관측해 분자 구조와 질량을 모두 파악하는 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

이번에 개발된 기술은 2011년 사이언스에 처음 보고한 '상관 회전 정렬 분광학(CRASY)'을 향상시킨 후속기술이다.

CRASY는 레이저를 두번 쏴서 분자를 인위적으로 회전시키고 관측하는 기술로 첫번째 레이저는 분자 회전, 두번째 레이저는 회전 분자를 관측한다. 관측을 통해 분자의 구조와 질량, 에너지, 진동 등 정보를 얻을 수 있다.

분자의 회전은 사람 지문처럼 고유한 지표다. 따라서 어떤 분자가 무엇을 중심축으로 삼고 어떤 방향으로 돌아가는지 보면 구조를 쉽게 파악할 수 있다. 하지만 분자가 회전하는 순간이 짧아 이를 재빠르게 포착해야 한다. 이 장면을 여러장 모은 스펙트럼으로 전체 회전을 파악해야 정확한 구조분석이 가능하다.

하지만 분자가 회전하는 찰나의 장면을 세세히 잡으려면 레이저 간격을 조정해 여러번 측정해야 한다. 분자를 회전시킨 뒤 관측용 레이저를 쏘는 시간 간격을 다르게 하면서 각 순간을 잡아내는 것이다. 하지만 실험실에서 레이저 이동거리를 무한정 늘리기는 어렵다.

연구팀은 작은 거울과 전기신호를 이용하는 방법을 융합해 레이저 이동거리를 90m까지 늘렸다. 그 결과 측정시간은 300나노초(ns, 10억분의 1초)까지 지연됐고 회전 스텍트럼의 정밀도도 높아졌다. 레이저 간격이 300나노초까지 늘어나면서 실험시간이 길어진 부분은 간헐적 샘플링 기술로 해결했다. 매 간격마다 분자 상태를 측정하지 않고 전체 측정 영역 중 일부만 무작위로 선정해 관측한 것이다.

이종찬 연구원은 "기존 방식으로는 하루 동안 16나노초의 스펙트럼을 얻을 수 있었다"며 "간헐적 샘플링은 모든 데이터를 측정하지 않아도 되므로 300나노초의 스펙트럼을 하루에 얻을 수 있었다"고 설명했다.

슐츠 교수는 "이번 연구로 향상된 CRASY는 기존에 분별이 어려웠던 불균일 시료나 동위원소도 별 처리 없이 한 번에 측정할 수 있다"며 "다양한 분자 구조를 더욱 빠르고 정확하게 파악할 수 있어 향후 다양한 기초 분자과학에 기여할 것"이라고 확신했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부의 '중견연구자지원사업'의 지원으로 진행됐다. 결과는 미국국립과학원회보(PNAS) 4월 27일자 온라인판 게재됐다.