계산으로 예측한 신소재 합성…"값비싼 희토류 대체 가능"

김성웅 성균관대 교수팀 성과 美화학회지에 게재

계산으로 예측한 신소재 '전자화물' 합성 미래창조과학부는 김성웅 성균관대 에너지과학과 교수팀이 '전자화물'이라는 신소재를 계산으로 예측했고, 합성에도 성공했다고 24일 밝혔다. 사진은 연구진이 합성한 전자화물. 2017.01.24.[미래창조과학부 제공=연합뉴스]

(서울=연합뉴스) 신선미 기자 = 국내 연구진이 계산으로만 그 존재가 예측된 물질을 실제로 만들어냈다. 이 물질은 자석이나 촉매를 만드는 필수소재지만, 값이 비싸고 보존량이 적은 '희토류 원소'를 대체할 수 있을 전망이다.

미래창조과학부는 김성웅 성균관대 에너지과학과 교수팀이 '전자화물'이라는 신소재를 계산으로 예측했고, 합성에도 성공했다고 24일 밝혔다.

물질을 구성하는 원소의 전자는 핵을 중심에 두고 궤도를 그리며 돈다. 그러나 전자화물은 핵이 없으며 내부 공간에 전자만 존재하는데, 이로 인해 기존 물질과 다른 특성을 보인다. 특히 반도체와 촉매 등에 광범위하게 활용될 것으로 기대를 모으고 있다.

김 교수팀은 지난 2013년 전자화물을 세계 최초로 합성해 국제학술지 '네이처'(Nature)에 보고한 바 있다. 이번에는 이 전자화물을 원하는 대로 디자인해 합성할 수 있는지 알아봤다.

연구진은 현재까지 보고된 적 없는 자성을 띤 전자화물을 만들어보기로 했다. 슈퍼컴퓨터 상에서 실온에서 안정하면서도 합성이 가능할 것으로 보이는 전자화물 6개를 찾았다. 그다음 자성을 띠지 않은 원소로 전자화물을 합성하자 예측대로 자성을 보이는 새로운 소재가 결과물로 나왔다.

계산을 통해 예측한 소재를 합성하거나, 전자만으로 자성을 보이는 전자화물을 발견한 사례는 없는데 이번에 두 가지를 모두 달성한 것이다.

김성웅 교수는 "미개척 분야인 전자화물 연구에서 자성 소재를 개발했다는 점에 이번 연구의 의의가 있다"며 "고가인 희토류 원소 없이도 자성 소재를 구현할 수 있는 가능성을 제시한 점에서 특히 시사점이 크다"고 밝혔다.

이번 연구는 미래부 원천기술개발사업(미래소재디스커버리사업) 지원으로 군산대, 강원대, 미국 오크리지국립연구소, 미시시피주립대 등의 연구진과 공동으로 수행했으며 연구 결과는 '미국화학회지'(JACS) 138권, 139권에 2편의 논문으로 나뉘어 실렸다.

김성웅 성균관대 에너지과학과 교수.

sun@yna.co.kr

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