이철 고려대 교수(물리학, 사진) 연구팀이 양성자 빔으로 물질의 수소결합 구조를 바꿔 물질의 성질을 제어할 수 있다는 사실과 그 원리를 최초로 발견했다. 암세포를 정상세포로 변환하는 등 생명공학 분야에서도 양성자 빔을 응용할 수 있는 가능성을 확인했다는 점에서 주목받고 있다.

과학기술부는 31일 이 교수팀이 수소결합형 강유전체(전기를 가하지 않아도 자발적으로 전기분극이 일어나는 물질)인 KDP에 양성자 빔을 조사한 결과 상전이(물질의 상태가 고체, 액체, 기체 등으로 변하는 현상) 온도가 현저하게 상승함을 확인했다고 밝혔다.

이 교수팀은 KDP의 수소결합 중 일부를 중수소로 부분 치환한 뒤 양성자 빔을 조사한 결과, 분자와 분자 사이의 수소 결합 길이가 늘어남을 확인했다. 수소결합은 원자들 사이에 수소가 끼어들어 형성되는 것으로 암석이나 금속을 제외한 대부분 물질은 물론 물과 DNA 등 생명체 내부에도 존재하며 중요한 역할을 담당한다.

이는 양성자 빔이 수소결합을 변화시켜 물질의 미세 구조를 바꾸고 성질을 제어할 수 있다는 것을 보여준 결과로, 양성자가속기 응용의 새로운 지평을 열었다는 평가다. 현재까지 알려진 양성자 빔의 효과는 대부분 표면개질과 결함 유발, 물질의 수소결합을 끊거나 원자핵을 파괴하는 수준이었다.

이 교수는 “이번 연구 결과로 양성자 빔을 이용한 물질 구조변화를 통해 물질의 성질 제어를 할 수 있는 길을 열었다”며 “앞으로 양성자 빔을 이용한 암세포의 정상세포 변환 등 생명공학 분야에도 응용이 가능할 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 응용물리학 학술지 ‘어플라이드 피직스 레터스’ 최근호에 게재됐다.