국내 연구진, '원뿔형 교차점' 존재와 분자구조 규명

[아시아경제 김수진 기자] 국내 연구진이 지난 60년간 학계에서 이론적으로만 예측됐던 원뿔형 교차점(conical intersection)의 존재와 분자구조를 실험적으로 규명했다.

교육과학기술부는 카이스트 화학과 김상규 교수와 임정식 박사 연구팀이 이론적으로만 존재했던 원뿔형 교차점을 실험적으로 구체화하고 화학반응의 핵심이론을 검증하는 한편 화학 반응을 제어하는 새로운 방법론 구축에 성공했다고 5일 밝혔다.

원뿔형 교차점은 화학반응은 물론이고 눈의 망막에서 일어나는 광이성질체화 반응 및 DNA의 강한 자외선 보호 메커니즘 등 화학 및 의학 문제를 설명하는데 필수적인 화학적 개념이다.

원뿔형 교차점은 화학반응이 일어나는 다차원 위치에너지 곡면에서 서로 다른 두 개의 전자상태가 중첩되는 지점으로, 빛에 의해 일어나는 대부분의 화학반응에서는 원뿔형 교차점을 통해 반응이 진행된다.

그러나 눈깜짝할 사이에 사라지고 다차원적 위치에너지의 복잡한 구조를 지닌 '화학반응의 특이점'에 접근하는 것이 사실상 불가능해 지금까지 학계에서 원뿔형 교차점의 존재 규명은 실패를 거듭해왔다.

김 교수팀은 서로 다른 두 개의 전자적 양자상태가 화학반응을 하면서 중첩하는 지점에 발생한 원뿔형 교차점을 관측하고, 에너지 위치와 자세한 분자구조를 유추해냈다.

김 교수팀은 레이저와 분자선 기술을 사용해 서로 다른 전자적 양자상태가 중첩될 때 뚜렷한 공명현상이 발생하며, 이것이 원뿔형 교차점에 의한 것임을 확인했다고 설명했다.

김 교수는 "화학반응의 핵심개념인 원뿔형 교차점을 최초로 관측한 점이 이번 연구의 가장 큰 성과"라며 "향후 화학반응을 원하는 대로 제어해 치료 및 제약 등에 활용될 수 있는 원천적 기초지식 기반을 마련했다"고 연구 의의를 밝혔다.

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김수진 기자 sjkim@