미국 연구진이 이론으로만 존재하던 새로운 상태의 물질을 실제로 구현하는 데 성공했다.

미국 브라운대와 미시간대 공동 연구팀은 은 나노입자를 이용해 금속의 두 가지 일반적인 결정 구조 사이의 불안정한 중간 단계를 안정화시킨 초격자(superlattice)를 개발했다고 28일(현지시간) 국제학술지 '사이언스'에 발표했다.

많은 금속의 결정 구조는 원자가 가장 촘촘하게 배열된 '면심입방격자'(FCC)와 이보다 덜 촘촘한 '체심입방격자'(BCC)로 나뉜다.

일부 금속은 열을 가하면 두 구조 사이를 전환하는데, 이 과정에서 '니시야마-와서만 경로'로 불리는 매우 불안정한 중간 단계가 이론적으로 예측돼왔다. 연구팀은 이번에 이 순간적인 구조를 처음으로 안정화시켰다.

연구팀은 이를 위해 절단된 팔면체 모양의 은 나노입자인 '메콘'(mecon)을 합성했다. 이 입자 표면을 긴 사슬 형태의 분자로 코팅해 입자들이 스스로 조립되는 과정에서 유연성을 갖도록 했다.

그 결과, 이론으로만 예측됐던 중간 단계의 구조가 안정적으로 형성되는 것을 확인했다.

새롭게 만들어진 이 물질은 상온에서도 '강한 빛-물질 상호작용'이라는 양자 광학적 특성을 보였다. 이는 보통 극저온에서만 관측되는 현상으로, 향후 양자컴퓨팅이나 양자 센서 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구를 이끈 오우 첸 브라운대 교수는 "새로운 물질상을 발견할 때마다 새로운 응용 분야가 나타나게 될 것"이라고 말했다.