물리학과 첨단기술 June 2011 53

▲ (가) 그래핀 나노리본을 이용한 유전정보 해

독 소자 도식도 (나) 그래핀 나노리본과 염기

사이 생기는 쌓임 구조 (다) 측정된 I -Vg 그래

프로부터 추출된 염기서열.

그래핀과 나노채널소자를 이용한 초고속 유전자 해독방법Fast DNA Sequencing with a Graphene-based Nanochannel Device

인간 게놈 로젝트(human genome project)가 1989년 시작되어 2003년

성공 으로 완료되면서, 재는 보다 빠

르고 신 인 유 정보를 해독할 수

있는 방법을 개발하는 데 을 두고

있다. 기존의 Sanger 방법을 바탕으로

한 인간 게놈 로젝트는 30억 의 염

기 순서를 분석하기 해서 13년의 시

간 동안 무려 30억 달러의 돈이 소요되

었다. 미래의 바이오 산업에서 필수 인

개인형 맞춤 의약품이 보편화되기 해

서는 기존의 값비싼 유 해독 방법이

새로운 방법으로 체되어야 한다. 재

보편화되어 있는 유 암호 해독 방법

은 순환 배열(cyclic array)을 이용한 방

법으로 염기 서열을 분석하기 해 최

소 수 주가 걸리지만, 여 히 상당한 비

용을 요구한다. 이미 2004년 미국의 국립

보건원(National Institutes of Health)은

1000달러의 비용으로 24시간 이내 인

간 게놈을 분석할 수 있는 방법의 필요

성을 강조하 다.나노 기술의 신 인 발 덕분에

재 나노 기술을 통해 유 자 암호를 해

독하는 방법이 각 받고 있다. 특히 생

체 분자로 이루어진 바이오 나노구멍

(nanopore)을 이용해 염기 서열을 분석

하려는 시도가 1996년 D. Branton에

의해 제시되었다. 나노구멍을 통해 흐르

는 이온 류를 측정함으로써 나노구멍을

통과하는 폴리뉴클 오티드의 종류를 분

석하 다. 그 이후 나노구멍과 유 염

기(G/C/A/T)를 통해 흐르는 류를 실

시간으로 측정함으로써 그 차이를 이용

한 염기서열 분석 방법이 제시되었다. 이러한 나노구멍을 이용한 방법은 긴 유

자를 자를 필요도, 한 각각의 유

자 조각(fragments)에 특별한 화학 /학 라벨링(labelling)이 필요도 없으

며, 실시간으로 유 정보를 얻을 수 있

다는 매우 큰 이 이 있다. 실제로 기존

의 방법은 화학 / 학 처리에 있

어서 상당한 비용이 소요되기 때문에 나

노구멍을 이용한 방법은 비용 감에 있

어서 매우 매력 인 방법 하나로 손

꼽힌다. 하지만 나노구멍 방법이 상용화

되기 해서는 다음과 같은 한계를 극복

해야 한다. 먼 유 염기와 나노구멍

사이의 불명확한 구조로 인해 야기되는

G/C/A/T의 류 신호간의 첩을 최

소화해야 한다. 나노 수 의 류는 약

간의 구조변화에도 민감하게 변하기 때

문에 구조변화를 이기 한 연구가 필

요하다. 한, 유 자가 나노구멍을 통

해 지나가는 속도를 조 할 수 있어야

한다. 재는 외부 기장에 의해 나노

구멍을 통과하는 속도가 매우 빠르기 때

문에 각각의 염기를 통해 흐르는 류를

실시간으로 측정하기 보다는 몇 개의 염

기가 흘러가는 동안의 류를 측정하게

된다. 따라서 유 자의 통과속도를 이

는 방법이 필요하다. 추가 으로, 류

신호를 분석하여 정확한 유 염기 서열

을 알아내는 방법도 개선되어야 한다.포스텍 김 수 교수 연구 은 앞서의

언 된 단 을 보완하는 그래핀 나노리

본을 바탕으로 한 염기서열 분석 소자

의 가능성을 이론 으로 제안하 다. 김

교수의 연구 의 방법은 다음과 같다. (1) 그래핀 나노리본을 통해 흐르는 류

(I )를 게이트 압(Vg)을 스캔하며 측정

한다. (2) 단일 가닥 유 자가 그래핀 나

노리본을 지나갈 때, (3) 각각의 염기가

그래핀 나노리본과 π-π 상호작용을 하

며 안정한 쌓임 구조(stacked struc- ture)를 형성한다. (4) 측정된 I -Vg 그래

는 염기에 따라 특징 인 값을 보여

주며, (5) 측정된 I -Vg 그래 를 통해 염

기 서열을 추출한다. 김 교수 연구 은 분자 동역학 시뮬

이션을 통해서 상온에서도 그래핀 나

노리본과 염기 사이의 안정한 구조를

형성함을 확인했으며, 본 연구 에서 개

발한 나노 수 에서의 류를 계산하는

로그램인 POSTRANS를 이용하여 투

과도 함수를 계산하 다. 투과도 함수

결과를 통해 각각의 염기에 따라서 특

징 인 에 지에서 Fano 공명이 일어남

을 알 수 있었다. 한 I -Vg 결과로부터

데이터 처리를 통해 깨끗한 염기 서열

을 얻어내었다. 김 교수 연구 이 제안한 방법이 실

험을 통해 실 된다면 수 시간 내에 인

간 유 암호를 해독할 수 있는 획기

인 방법이 될 수 있을 것으로 보인다.

민승규(포스텍), 김우연(KAIST), 조연주, 김광수(포스텍), Nature Nanotech. 6, 162 (2011).

물리학과 첨단기술 June 2011 54

A Monolithically Integrated Plasmonic Infrared Quantum Dot Camera

그림 2. (상) SPC의 투과 스펙트럼: 측정곡선 (흑

색), 전산모사 곡선 (청색), 그리고 GaAs의 흡수

스펙트럼 (적색). (하) SPC-QDIP 카메라 (NEΔT

< 50 mK)로 찍은 사람 손과 필터 장착대.

그림 1. (상) QDIP의 층구조. (하) SPC와 FPA-QDIP가

직접된 SPC-QDIP 영상센서 개략도와 SPC의

전기장 분포.

우주에 존재하는 모든 물체는 일정

온도 는 온도 분포를 가지고 있어서, Max Planck의 흑체복사(blackbody ra-diation) 계식을 따르는 특정 장분

포의 빛을 방출한다. 태양(∼6000 K)은

가시 (∼0.5 μm) 역의 스펙트럼을 복

사하는 반면, 상온(300 K)의 물체는 사

람의 으로는 볼 수 없는 ∼10 μm 정의 외선(infrared)을 방출한다. 외

선 상은 외선의 세기 분포를 상

으로 재 한 것으로, 야간 투시경 등 군

사 목 으로 이용되어 왔는데, 최근

상기술의 발 에 힘입어, 유방암․ 류

진단, 기상․우주 측, 산업설비 검, 환경오염 감시 등 의료 산업에 그

활용 역을 넓 가고 있다.재 활용되고 있는 외선 상센서

는 물체에서 방출되는 장의 복사

세기만을 감지하는 단 장 센서로서, 장 역에 따라 다양한 물질계가 이용되

고 있다. 본 연구에서는, 그림 1과 같이, 주기 2차원 속 배열의 표면 라즈몬

결합기(surface plasmon coupler, SPC)를 반도체 양자 (quantum dot, QD)을

삽입한 외선 검출소자(QDIP)와 집 , SPC 공명 장에서 선택성을 가지는

SPC-QDIP를 제작하여, 처음으로 다

장(multi-wavelength) 외선 상센서

를 구 하 다. 이 새로운 개념의 센서

는 복사 세기뿐만 아니라 장별 분포에

한 정보를 모두 포함하고 있기 때문에, 장선택성에 기 한 외선 상의 컬

러화에 응용할 수가 있다. 즉, 빛의 밝기

만으로 상을 재 하는 흑백 TV가 ․

녹․청 (R․G․B) 신호로써 상을 구성하

는 컬러 TV로 발 한 것과 같이, 외선

을 장 역별로 분리하여 R․G․B에

해당하는 3 장 센서를 구 하면 컬러

외선 상센서로 발 시킬 수 있다. 이 다 장 외선 센서는 가시 을 감지하

는 사람의 (망막, retina)을 모방한

외선 망막에 한 기본 착상을 가시화시

킨 핵심기술로서, 지 까지 단색 외선

센서로는 측이 어려웠던 물체의

온도, 토양․ 기 가스 분포, 특히 기

유방암․피부암 진단 등, 정 측정․진단

에 응용이 가능할 것으로 망하고 있다.그림 1은 각각 (상) 본 연구에서 설계

제작한 QDIP 층구조와 (하) SPC를 집

한 다 장 SP-QDIP의 개략도이다. 먼 , InGaAs 양자 우물 내에 InAs-QD를 삽입한 QDIP 모재를 MBE 기술로 성

장하고, GaAs 기 을 제거한 후 [320×256] 첨면 배열(FPA) 상센서를 제작

하 다. Flip-chip bonding 기술을 사용

하여, In μ-bump를 통하여 상용 상처

리 IC(ROIC)와 결합시키면 FPA-QDIP가 완성된다. 45/5 nm 두께의 Au/Ti를

증착한 후, 이 (355 nm) 간섭 리소

그래피(LIL) 기술을 이용하여 2차원 배

열 구멍을 가지는 SPC를 제작하 다. 이때, 원형 구멍의 직경과 간격은 각각

0.985 μm와 1.97 μm이다.그림 2(상)은 본 연구에서 도입한 SPC

의 측정값과 산모사에 의한 투과 스펙

트럼을 비교한 것으로, SPC 공명 장, λ i,j

p·Re[(εdεm)/(εd+εm)]1/2/[i2+j2]1/2

에서 투과가 격히 증가함을 잘 보여주

고 있다. 그림 2(하)는 본 연구에서 제작

한 [320×256]-FPA SPC-QDIP 카메라

로 은 외선 상이다. 사람 손과 필

터 장착 의 모습을 선명하게 나타내고

있으며, SPC 밴드투과 필터의 유무에

따른 장선택성을 잘 보여주고 있다. 본

연구는 SPC를 집 한 다 장 외선

상센서로써 외선 망막을 실 시킬 수

있음을 보여 결과로 평가된다.

이상준, 노삼규(표준연), Z. Ku, A. Barve, J. Montoya, W.-Y. Jang, S. R. J. Brueck, S. Krishna(Univ. of

New Mexico), M. Sundaram, A. Reisinger (QmagicQ),

Nature Commun. 2, 286 (2011).

물리학과 첨단기술 June 2011 55

Intrinsic impurity-band Stoner ferromagnetism in C60Hn

▲ (상) Quasi-localized electrons (연두색). 파란

색과 빨간색은 각각 탄소와 수소. (하) spin-split

impurity band를 보이는 C60H의 전자구조.

풀러린(fullerene)은 1985년 Smalley 등의 연구진에 의해 발견되었으며 이들

은 1996년 노벨화학상의 주인공이 된

다. C60 풀러린은 탄소 60개가 연결되

어 형성된 축구공과 같은 모양의 분

자다. 풀러린이 발견되기 까지 알려진

탄소물질은 다이아몬드, 흑연 비정질

탄소뿐이었다. 풀러린의 발견으로 가능

한 탄소물질의 수가 늘고, 그 이후 탄소

나노튜 를 포함한 다양한 탄소나노구

조의 발견으로 이어진다. 21세기에 들어와서, 다양한 탄소물질

에서 상온 강자성(ferromagnetism)이 발

견된다. 그 첫 번째가 2001년에 발표된

풀러린 고분자의 상온 강자성이다. 풀러

린 고분자에서 발견된 상온 강자성은

탄소자석에 한 심을 폭발시킨다. 그

이후, 양성자 빔을 쪼인 흑연에서 상온

강자성이 발견되고, 흑연의 상온 강자성

에 해서는 상당 수 일치하는 해석

에 도달한다. 반면, 풀러린 고분자의 상

온 강자성은 논란에 휩싸이게 된다.풀러린 고분자에 한 제일원리계산

(first-principles calculation)에서 강자

성이 발견되지 않은 것이다. 그 이후 발

표된 제일원리계산 결과 역시 풀러린의

상온 강자성에 부정 이었다. 풀러린 고

분자의 상온 강자성을 처음 보고했던

연구자들은, 결국 2006년에 자신들의

논문을 취소한다. 그럼에도, 빛 는 양

성자 빔을 쪼인 풀러린의 실험결과는

여 히 풀러린 자석의 가능성을 보여

다. 풀러린 자석의 가능성에 해 실험

은 정 이나 이론은 부정 인 상황이

발생한 것이다.이상 인 풀러린에 한 제일원리계

산은 강자성을 허용하지 않지만, 결함을

도입하여 풀러린 자석을 설명하려는 이

론 인 시도는 계속된다. 제일원리계산

에 따르면, 탄소결함(carbon vacancy)

을 가진 풀러린 고분자는 상자성(para- magnetism)이고 산소가 흡착된 풀러린

고분자는 비자성(nonmagnetic)이다. 그리고, 탄소결함에 수소가 흡착된 풀러린

고분자는 극 온에서만 강자성을 보일

것으로 측되었다. 결함을 가진 풀러린

의 제일원리계산 역시 풀러린의 상온

강자성에 부정 인 결과를 보인다.흑연의 상온 강자성에 한 연구는

탄소자석의 형성과 련하여 수소의

요성을 제시했다. 2006년, 고려 의 이

철의 교수 연구진은 양성자 빔을 쪼인

흑연의 실험결과로부터, 수소 자체는 자

기모멘트(magnetic moment)를 갖지 않

지만, 자기모멘트의 형성을 돕는다는 것

을 보 다. 수소가 흡착된 흑연의 제일

원리계산 역시 흡착된 수소 주변에 형

성되는 quasi-localized electron이 자

기모멘트에 응한다는 것을 보 다. 흑연만이 아니라 풀러린에서도 수소흡착

에 의해 상온 강자성이 형성될 가능성

이 엿보인다.고려 의 이철의 교수 연구진은 수소

가 흡착된 풀러린(C60Hn)에 해 체계

인 제일원리계산 연구를 수행했다. 특

히, 페르미 에 지(Fermi energy) 근처

의 자분포와 자구조를 분석하여 자

기모멘트의 형성과 상온 강자성의 가능

성을 연구하 다.홀수 개의 수소가 흡착된 풀러린 분

자에서만 quasi-localized electron이 형

성되며 이들이 자기모멘트에 응한다

는 것이 밝 졌다. 홀수 개의 수소가 흡

착되면 수소의 숫자에 상 없이 동일한

자기모멘트를 갖는다. 풀러린 결정 는

고분자에서는 quasi-localized electron들로부터 폭이 좁은 속성의 불순물

에 지띠가 형성되고, 이 에 지띠의

자들이 강하게 상호작용하여 상온 강자

성을 형성한다는 것이 밝 졌다. 이 과

정은, 철과 같은 속자석을 설명하는

Stoner model과 동일하다. 이 연구결과는 풀러린 자석의 형성원

리를 규명함으로써 풀러린 자석에 한

지난 10년간의 논란에 실마리를 제시한

다. 한, 흑연 자석과 풀러린 자석의

형성원리는 매우 유사하여 탄소자석 일

반에 용될 수 있는 통합원리의 가능

성을 시사한다.

이규원(고려대), 이철의(고려대), Phys. Rev. Lett.

106, 166402 (2011).

물리학과 첨단기술 June 2011 56

Strain-Dependent Splitting of the Double-Resonance Raman Scattering Band in Graphene

▲ (a,c) 암체어방향과 (b,d) 지그재그방향 장력

에 따른 라만 2D 피크의 변화. (e) 이중공명라

만산란의 설명도. (f) 장력이 없는, (g) 암체어,

(h) 지그재그 장력이 걸린 브릴루앙 영역.

그래핀(graphene)은 탄소원자로 구성

된 2차원계 물질로 기 , 기계 , 학 특성이 우수한 것으로 알려져 있

다. 2004년 국 맨체스터 학교의

Geim과 Novoselove가 스카치테이 를

이용하여 흑연 편으로부터 단일층 그

래핀을 분리하는데 처음으로 성공하여, 2010년 노벨물리학상의 을 안았다. 재 그래핀은 차세 자소자 재료로

서 사용하기 한 연구뿐만 아니라 새

로운 물리 상을 탐구하기 한 연구도

활발히 진행되고 있다.그래핀을 차세 자재료로서 사용

하기 해 그 물성을 제어하는 기술이

필요한데 이를 한 한 가지 방법으로

장력(strain)이 부각되고 있다. 그래핀에

특정 방향으로 장력을 가하면 실제 자

기장을 걸어주지 않고도 강한 자기장을

걸어주는 것과 같은 효과를 낼 수 있으

며 이 층 그래핀에 장력을 가하면 밴

드갭을 생성할 수도 있다.라만 분 법은 sp2 결합을 가지고 있

는 흑연계 물질(흑연, 러린, 탄소나노

튜 )을 연구하는데 있어서 매우 유용한

실험방법으로 사용되고 있다. 한 그래

핀에 있어서도 그 다양한 특성을 확인

하는데 유용하게 사용되는데, 매우 얇은

그래핀의 층수를 확인하는데 있어서 가

장 정확한 방법으로 알려져 있다. 뿐만

아니라 도핑, 결함, 열 도도 등 그래핀

의 다양한 특성을 확인하는데 리 이

용되고 있다.그래핀의 라만스펙트럼을 측정하면

1580 cm-1 근처의 G 피크와 2700 cm-1 근처의 2D 피크가 가장 강하게 나

타나는데 주로 이 두 라만 피크를 이용

해서 그래핀의 특성을 확인한다. 그래핀

은 단원자 층임에도 불구하고 비교

강한 라만 신호가 나타나는데 이는 그

래핀의 특이한 밴드 구조 때문에 넓은

에 지 역에서 항상 공명라만산란이

일어나기 때문이다.최근 라만 분 법을 이용하여 그래핀

의 격자방향을 정확히 알아내는 방법이

개발되었다. 그래핀에 한쪽 방향으로 장

력을 가하면 G 피크는 둘로 갈라지는

데, 그래핀의 결정방향과 장력을 가하는

방향의 사잇각에 따라 두 피크의 세기

가 달라지기 때문에, 편 라만분 법을

이용하여 둘로 갈라진 G 피크의 편 의

존도를 측정하면 장력방향에 한 그래

핀의 결정방향을 정확히 알아낼 수 있

다. 자투과 미경이나 주사터 링 미

경을 이용하여 그래핀의 결정방향을

찰할 수도 있지만 라만분 법을 이용한

방법은 비 괴 이며 비교 간단하기

때문에 결정방향을 측정하는데 있어서

매우 유용한 방법으로 사용될 수 있다.본 연구에서는 기존의 연구에서 찰

하지 못한 장력에 의한 2D 피크의 갈라

짐을 찰하 고 이러한 상에 한

근원을 실험과 이론계산을 비교하여 밝

혔다. 스카치테이 를 이용하여 아크릴

기 에 그래핀을 만들고 기 을 휘

어 한쪽 방향으로 장력을 가하면 장력

이 증가함에 따라 2D 피크 역시 두 개

의 피크로 갈라진다. 특이하게도, G 피크와 달리 장력의 방향에 따라 두 피크

의 갈라짐이 다르게 나타난다.2D 피크는 이 공명라만산란이라는

특이한 라만산란에 의해 나타난다. 그림

(e)와 같이 입사 이 에 의해 여기된

자가 두 개의 포논과 산란하는 과정

에서, 격자운동량이 가장 큰 포논(qout)과 가장 작은 포논(qin)의 기여가 가장

큰 것으로 알려져 있다. 한 이 공명

라만산란과정은 그림(f)와 같이 방향성을

가지고 있지만 장력이 없는 상태에서는

각 방향(1,2,3)에 해 동일한 포논 에

지를 가지기 때문에 한 개의 2D 피크

로 나타난다. 하지만 그래핀에 한쪽 방

향의 장력이 가해지면 장력의 방향에

따라 릴루앙 역이 그림(g,h)와 같이

그러지게 되고, 이때 방향에 따라 달

라지는 자와 포논의 밴드구조 변화에

의해 2D 피크가 두 개로 갈라지게 된

다. 한 이런 비등방성 때문에 입사

이 의 편 에 따라 각 피크의 세기가

변하게 된다. 제일원리계산법으로 장력

의 방향에 따라 2D 피크의 변화정도를

계산한 결과를 실험 결과와 비교해보면

기존에 알려진 것과 달리 이 공명라만

산란에 기여하는 포논의 운동량이 작은

경우가 주로 2D 피크에 기여하는 것으

로 밝 졌다. 이는 그래핀에서의 이 공

명라만산란의 메커니즘을 이해하는 데

필요한 요한 사실을 밝힌 새로운 결

과이다.

윤두희(서강대), 손영우(고등과학원), 정현식(서강대), Phys. Rev. Lett. 106, 155502 (2011).

물리학과 첨단기술 June 2011 57

Control of Molecular Rotors by Selection of Anchoring Sites

마이크론 크기의 모터가 개발된 지가 이

미 15년 이상이 지났고, 많은 학자들이 나

노 크기의 분자모터를 만들기 한 연구를

수행하여 왔다. 생물학자들은 이미 이해하

고 있었으나, 물리학자, 화학자들은 긴 체

인 형태의 분자들 일부는 속 는 반

도체와 같은 표면 에서 회 운동을 할

수 있다는 상을 15년 쯤 발견하 다. 물론 분자를 직 실험 으로 측하기

하여서는 주사형터 링 미경과 같은 새

로운 측정 방법이 필요하 기 때문이다. 이 회 운동은 0 K 근방의 아주 온에

서는 정지 상태로 있으나, 화학 에 지, 외부에서 가해진 열, 분자의 구조 변화, 빛

는 자에 의하여 에 지가 제공된 후에

는 분자는 한 방향으로 회 을 계속할 수 있

음이 알려졌다. 학자들은 이 회 운동을 이

용하여 모터는 물론, 나노 크기의 회 운

동 기구, 소형 바퀴, 기아 조립품의 제작 가

능성까지 제시하 다. 지 까지 많은 실험

연구는 여러 분자들이 단순히 회 운동함

을 보고하는데 그쳤다. 그러나 이러한 회

운동은 필요한 때 회 을 제어할 수 있는 기

능이 없는 경우 쓸모가 없게 된다. 즉

신호가 주어지면 회 운동이 시작되고, 신호가 주어지면 종료될 수 있어야 한다.

재까지는 오직 한 가지 회 운동의 제

어 방법이 제시되어 있었다. 재 UCLA의 Gimzewski 교수에 의해 제시된 방법

에서는 회 하는 분자 주 에 다른 분자들

을 배열하여, 주 의 분자와의 bonding 강도가 센 경우 심에 있는 분자는 회

하지 않게 되고, 주 의 분자와 거리를 멀

게 하여 bonding 강도가 약하여 회 하게

할 수 있다는 원리를 보고하 다. 그러나

이 방법으로 모터를 설계하려면, 모든 분

자들의 치에 따른 분자 사이의 상호작용

을 계산하여야 한다. 이 계산은 무 복잡

하거나 실 으로 불가능하여, 이 방법은

제시는 되었지만 사용되지 못하 다.

본 실험에서는 분자 간 상호작용을 사용

하는 기존의 방법과 달리 회 하는 분자와

기 과의 상호작용의 이용을 제시하고 있

다. 즉 분자가 기 의 어떤 특정 치에 놓

이는 경우 회 을 방해하는 에 지벽이 높

다면 분자는 그 치에서는 회 하지 않게

되고, 이러한 에 지벽이 낮은 치에서는

회 할 수 있다는 가설에서 출발하 다. 본 실험에서는 일본 이화학연구소와 동경

공 연구진에서 합성한 EtO-Az-ODc (C24H34O2N2)이라는 분자를 사용하 다. 이 분자는 앙에 Azobenzene이 있어 빛

는 자에 의하여 cis-trans 구조변화 상

이를 하는 것으로 알려져 있어, 추후 사용 용

도가 다양한 체인 형태의 선형분자이다. 이

분자를 액체 질소 온도 이하에서 고진공

하에서 깨끗하게 비된 (111) 면 에 증

착하 다. 증착된 분자는 주사형터 링

미경으로 찰하 고, 실험 계속 주사형

터 링 미경 분 학으로 국소 자 도를

측정하 다. 실험 분자에 압 펄스를 가

하면 분자는 표면 에서 여러 치로 hop-ping함을 찰하 다. 이때 azobenzene의

두 phenyl ring들이 원자 바로 에 치

하고, 질소-질소 bond가 두 원자의

bridge 치에 존재할 때, 이 분자는 회 하

지 않음을 확인할 수 있었다. 분자가 그 이외

의 치에 흡착한 경우 분자는 계속 회 함

을 확인하 다. 분자의 회 주 수는 1012 Hz 정도로 주

사형터 링 미경으로 직 찰이 불가

능하나, 한 지 에서 터 링 류의 변화를

측정하여 회 을 확인할 수 있었다. 회

심은 두 phenyl ring의 앙과 질소-질소

bond의 앙임이 확인되었다. 물론 이 세

경우 회 하는 분자의 반경이 다름에서 회

심이 확인되었다. 동시에 기 의 온도

를 4 K에서 100 K까지 변화시키며, 온도에

따라 회 하는 경우 회 방향의 에 지벽

을 측정하 고, 이 실험 결과는 이론 으로

측한 결과와 유사함이 확인되었다. 이 논문에서 제시된 회 운동 제어 기

은 반복 으로 회 치와 정지된 치로

분자를 조작할 수 있음이 확인되어야 유용

하다. 본 실험에서는 가해지는 자 펄스의

압에 따라 기 의 정지 지 과 회 지

사이를 hopping 실험을 시행하 는데, 그 수율이 아주 특정한 압인 350 meV 근방에서 격히 증가함을 알 수 있었다. 이 에

지는 탄소와 수소 사이의 길이 방향으로

변화하는 진동에 지 와 유사함이 확인

되었고, 이는 주사형터 링 미경의 in-elastic spectroscopy에서도 확인되었다. 그러므로 자가 분자 를 통과할 때, C-H stretching 진동 모드가 흥분되고, 이에 의

하여 분자는 기 의 여러 치를 hop-ping한다는 모형도 확인되었다. 본 실험에

서는 수백 회 이상 정지와 회 치를 반복

으로 움직이게 조작하 다. 분자 내의 cis-trans 구조변화 상 이도

측되었는데, 2006년 본 그룹에서 발표된

것과 유사한 상 이가 존재하며, 이 상을

회 제어 기능과 함께, 분자 모터의 스 치

상과 함께 사용될 수 있다고 단된다. 본 연구에서는 다양한 길이의 체인 형태의

분자들을 한 기 에 흡착된 경우, 특정한 흡착 치에서 회 방향의 에 지벽이

다르다는 성질을 이용하여 모터 운동을 자유

로 제어할 수 있다는 새로운 기 을 제시하

고, 이는 향후 분자 모터, 분자 크기의 회

기구를 제작할 때 사용될 수 있을 것이라고

단된다. 재 본 실험실에서는 다양한 길

이의 선형 분자의 운동, 에 지 , 반응, inelastic spectroscopy 등을 온에서 연

구하고 있다. 본 실험의 결과가 새로운 방향

을 제시하게 되어, Physical Review Letters의 4월 표지 논문으로 선정될 수 있었다.

김효원(서울대), 한미나(동경공대), 신형준(이화학연구소), 임성준(서울대), 오영택(서울대), Tamada(규슈대), Hara(동경공대), 김유수(이화학연구소), Kawai(동경대), 국양(서울대), Phys. Rev. Lett. 106, 146101 (2011).