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기초과학연구원 하인리히팀
“원자 한개 자기장 촬영 처음”

원자 한 개의 자기장을 관찰할 수 있는 자기공명영상(MRI)기술이 한·미 공동 연구로 개발됐다.

기초과학연구원(IBS)은 양자나노과학 연구단 안드레아스 하인리히(이화여대 물리학과 석좌교수) 단장이 이끄는 연구진과 미국 IBM 공동 연구팀이 기존보다 100배 이상 해상도를 높인 MRI 기법을 구현했다고 2일 밝혔다. 기존의 분자 촬영 수준을 넘어 원자 하나의 또렷한 자기공명영상을 촬영한 것은 최초다.

국제 학술지 네이처 피직스(Nature Physics) 온라인판에 이날 게재된 관련 논문의 한국 측 연구진으로는 제1저자로 필립 윌케 IBS 연구위원, 공동저자로 배유정 연구위원, 공동교신저자로 하인리히 단장 등이 참여했다.

연구진에 따르면 질병 진단에 주로 쓰이는 MRI는 몸을 이루는 원자 스핀이 외부 자기장에 반응해 신체 내부를 시각화하는 원리를 이용한다. 한·미 연구진은 주사 터널링 현미경 탐침 끝에 원자 여러 개를 묶은 스핀 클러스터(자성을 띤 원자 집합)를 붙여 원자 한 개를 시각화하기 위한 실험을 거듭했다. 실험을 위해 초고진공 및 절대영도에 가까운 극저온(-272도) 조건에서 탐침이 시료 표면에 더 가까이 접근할 수 있도록 했다. 이를 통해 실제 표면 위 원자 하나와 스핀 클러스터 사이의 자기적 공명을 읽는 데 성공했다.

하인리히 단장은 “원자 하나의 또렷한 MRI를 촬영한 건 이번이 처음”이라며 “기존 분자 수준 MRI보다 해상도가 100배 좋아진 것”이라고 설명했다. 또 “이 실험을 통해 원자·분자·물질 등의 자기적 구조를 원자 1개 수준 해상도로 분석할 수 있게 됐다”고 연구 의의를 밝혔다. 윌케 IBS 연구위원은 “실제 단백질이나 양자 시스템처럼 복잡한 구조 속 원자 하나하나의 스핀 상태를 시각화할 계획”이라고 밝혔다. 배 연구위원은 “이번 연구는 자기 구조 분석을 요하는 신물질이나 약물 개발에 활용할 수 있고, 양자 컴퓨팅 분야에도 기여할 수 있다”고 말했다.

대전=김창희 기자 chkim@munhwa.com

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