전기 흐르자 '윙'…회전하는 분자, 전류 100배 늘렸다

국제 공동 연구팀이 전기를 흘리면 회전하면서 전류를 최대 100배까지 증폭시키는 '아르키메데스 나선' 원리의 분자 기계를 개발했다.

22일(현지시간) 독일 아우크스부르크 대학교, 덴마크 코펜하겐 대학교, 이스라엘 와이즈만 과학 연구소 등이 참여한 국제 공동 연구팀은 전류로 구동하며 회전 방향을 제어할 수 있는 분자 모터를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처'에 게재됐다.

연구팀은 고대 기계인 '아르키메데스의 나선' 원리를 분자 수준에 적용했다. 수백만분의 1밀리미터 크기의 나선형 분자를 두 개의 원자 단위 금 전극 사이에 연결한 뒤 전압을 가하자 분자가 회전했다. 전압의 극성을 바꾸면 회전 방향도 반대로 바뀌었다.

이번 발견의 핵심은 분자의 회전이 특정 속도에 도달하면 전류가 최대 100배까지 급증한다는 점이다. 이는 두 개의 금속 전극에 부착된 상태에서 전류로 구동되고 회전 방향 제어가 가능한 최초의 분자 모터다.

독일 아우크스부르크 대학교 연구팀은 양자 역학 시뮬레이션을 통해 이 현상의 원인을 규명했다. 시뮬레이션 결과, 분자의 회전이 전기 전도성과 밀접하게 연관된 것으로 나타났다.

연구에 참여한 레온 마틴 박사과정생은 "놀랍게도 전기가 가장 잘 통하는 위치는 분자가 정지 상태일 때 피하는 지점들"이라며 "회전을 통해서만 이 위치에 접근할 수 있다"고 설명했다.

이번 발견은 분자 전자 부품, 스핀트로닉스, 미세 유체 시스템 등에 응용될 잠재력을 가진다. 또한 원자 수준의 물리적 과정을 연구할 새로운 기회를 제공할 것으로 기대된다.