연세대·나고야대 연구팀, 분자간 3차원 공간서 전류 흐름 증명
슈퍼컴 시뮬레이션과 합성 실험 결과 일치

국제 공동 연구진이 슈퍼컴퓨터를 이용해 유기소재의 설계에 쓰일 수 있는 새로운 분자 특성을 발견했다.

KISTI(원장 최희윤)는 김동호 연세대학교 화학과 교수팀과 히로시 시노쿠보(Hiroshi Shinokubo) 일본 나고야대학교 교수팀이 슈퍼컴퓨터 5호기 누리온을 활용, 반방향성(anti-aromaticity) 이합체에서 분자의 3차원 방향성 형성 현상을 규명했다고 4일 밝혔다. 

방향성이란 탄소화합물이 고리모양으로 결합했을 때 안정화된 효과를 보이는 성질이다. 육각 고리 형태인 벤젠이 대표적인 방향족 화합물이다. 

그동안 방향성은 분자의 2차원 평면에서만 관찰됐다. 이번 연구는 이론으로만 알려진 분자의 방향성이 3차원에서도 나타남을 밝혔다. 

연구팀은 반방향성인 노어코롤(norcorrole) 분자를 재배열해 반방향성-반방향성 이합체를 만들었다. 두 노어코롤 분자가 가운데 사이를 두고 포개진 구조다. 

연구팀은 노어코롤 이합체에서 유도된 전류가 분자 평면뿐만 아니라 이합체의 사이 공간을 따라 3차원으로 흐른다는 것을 발견했다. 슈퍼컴퓨터 누리온으로 노어코롤 이합체를 만들어 시뮬레이션한 결과도 같았다. 

연구에 사용된 노어코롤 분자의 구조(왼쪽)와 노어코롤 이합체에서 분자 간 전류의 흐름. <그림=KISTI 제공>
연구에 사용된 노어코롤 분자의 구조(왼쪽)와 노어코롤 이합체에서 분자 간 전류의 흐름. <그림=KISTI 제공>
반방향성 분자들이 맞닿아 연결되지 않아도 3차원 방향성을 보인다는 결과는 유기소재 제조에 적용될 수 있다. 유기소재에는 전류가 흐르는 방향성 물질이 사용된다. 이번 결과는 고전도성·고기능성 유기소재를 2차원뿐만 아니라 3차원 구조로도 설계할 수 있다는 새로운 접근 방법을 제시했다. 

연구 결과는 지난 8월 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다.

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