노벨 화학상에 소바주 등 3명..나노보다 작은 분자머신 개발

반도체 회로 성능 획기적 향상 가능

올해 노벨 화학상은 세상에서 가장 작은 기계인 ‘분자기계(molecular machine)’ 합성을 연구해 온 세 사람에게 돌아갔다. 스웨덴 노벨위원회는 5일(현지시간) 장피에르 소바주(72) 프랑스 스트라스부르대 명예교수와 영국 출신의 프레이저 스토더트(74) 미국 노스웨스턴대 명예교수, 베르나르트 페링하(65) 네덜란드 흐로닝언대 교수를 2016년 노벨 화학상 공동 수상자로 선정했다고 밝혔다. 노벨위원회는 “수상자들은 세계에서 가장 작은 기계를 개발했다”며 “(이들이 개발한 분자기계는) 새로운 물질이나 센서, 배터리 등 다양한 분야의 개발에 이용될 수 있을 것”이라며 수상의 의미를 전했다.

분자기계란 나노(1 나노m는 10억분의 1m) 수준보다 더 작은 분자 단위의 스스로 움직일 수 있는 장치를 뜻한다. 최근 주목받고 있는 나노 기술보다 더 작고 정밀한 초분자(supramolecule) 화학의 세계다. 이들 과학자는 분자 하나하나를 마치 레고 블록처럼 쌓아 올려 원하는 모양의 형태를 만들어내는 방법을 개발해낸 것이다.

분자기계 합성의 선구자는 소바주 교수다. 그는 1983년 고리 모양의 분자 2개를 기계적으로 연결한 사슬 모양의 연결체(캐터네인)를 처음 만들었다. 인류가 최초로 만든 초분자 기계 장치였다. 스토더트 교수는 한 발 더 나아갔다. 그는 91년 실 모양의 분자에 고리 형태의 분자를 끼우는 데 성공했다. 페링하 교수는 99년 앞선 두 사람의 연구를 발전시켜 최초로 분자 모터 를 개발했다. 선풍기 날개처럼 분자가 한쪽 방향으로 돌아가는 기계를 선보인 것이다. 그는 분자 모터를 이용해 분자 모터보다 1만 배나 큰 실린더를 회전시키고 나노 크기의 자동차도 디자인했다.

이들의 연구는 제조업이 봉착한 한계를 뛰어넘을 ‘마법의 열쇠’로 간주된다. 예컨대 지금까지 반도체의 집적회로 성능을 높이려면 회로를 더 촘촘하게 설계하거나 부품을 줄여야 했다. 하지만 이들이 만든 분자기계 기술을 이용하면 아예 원자 크기의 재료를 조립해 반도체를 만들 수 있다. 집적회로 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 셈이다.

김기문 포스텍 화학과 교수는 “20여 년 후에는 산업적으로 응용할 수 있는 수준으로 발전할 것”이라고 말했다.

최준호·문희철 기자 joonho@joongang.co.kr

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