이스라엘·덴마크·독일 연구진이 전류가 흐르면 회전하고 전압에 따라 방향이 바뀌는 단일 분자 모터를 보고했다. 회전하는 동안 전도성은 최대 두 자릿수 높아진다.
한 공동 연구진이 전류가 흐르면 회전하고 전압의 극성을 바꾸면 회전 방향이 뒤집히는 분자 모터를 보고했다. 설계는 물을 끌어올리는 데 쓰인 고대의 나선형 장치인 아르키메데스의 나사에서 착안했다. 나선 모양의 분자를 통과하는 전자가 분자에 각운동량을 전달해 회전시킨다고 설명된다. 길이가 불과 몇백만분의 1밀리미터인 이 분자는 코펜하겐대 미하엘 피텔코 교수 연구진이 만들었으며 황 원자를 통해 금에 결합한다. 이스라엘 와이즈만 과학연구소에서는 오렌 탈 교수와 아닐 쿠마르 싱 박사가 이끄는 팀이 원자 크기로 뾰족하게 다듬은 금 팁 두 개 사이에 단일 분자를 고정하고, 전압이 임계값을 넘으면 회전이 연속적이 된다는 것을 보였다. 전기로 구동되는 분자 모터는 2011년부터 있었지만, 표면 위에서 작동하며 주사 터널링 현미경의 탐침에 의존했다. 이번 연구는 두 전극에 단단히 연결되고 회전 방향을 제어할 수 있는 전류 구동 모터를 처음 보여 준 것으로 설명된다.
실험에서는 예상치 못한 효과도 드러났다. 회전하는 분자가 정지한 분자보다 전류를 훨씬 잘 전달한 것이다. 이를 설명하기 위해 아우크스부르크대 파비안 파울리 교수 연구진이 슈퍼컴퓨터로 양자역학 시뮬레이션을 수행했고, 전도성이 분자의 각도에 크게 좌우되며 회전하는 동안 최대 두 자릿수, 즉 약 100배까지 높아진다는 것을 알아냈다. 연구진에 따르면 전기를 가장 잘 통하는 방향 중 일부는 분자가 정지 상태에서 본래 피하는 방향이며, 회전해야만 그 방향에 접근할 수 있다. 이후 닐스 보어 연구소의 페르 헤데고르와 화중과학기술대의 징타오 뤼 등 이론가들이 측정된 회전과 전류 증가를 모두 재현하는 단순화된 모델을 만들었다. 연구진의 표현으로는, 이 연구는 전류가 방향성 있는 회전을 만들 수 있고 그 회전이 다시 전류를 제어한다는 것을 보여 준다.
연구진은 이 결과가 장기적으로 분자 전자 소자, 전하 이외의 전자 특성을 활용하는 스핀트로닉스, 극미량의 액체를 다루는 미세유체 시스템에 기여할 수 있다고 보며, 원자 규모의 물리 과정을 연구하는 새로운 방법을 제공한다고 말한다. 다만 이는 전망일 뿐 제품이 아니다. 실험은 실험실 전극 사이에 고정한 단일 분자를 대상으로 했고 소자 응용은 제시되지 않았다. 이 기사는 ScienceDaily가 재게재한 대학 보도자료에 기반하며, 우리가 읽은 본문에는 학술지 이름이 없고 결과를 독립적으로 검증하지도 원 논문을 확인하지도 못했으므로 세부 내용은 신중하게 받아들여야 한다. 이 연구는 독일연구재단, 유럽연구위원회, 이스라엘과학재단 등의 지원을 받았다.
