액체에서 유리로 변하는 ‘케이지 형성’ 첫 관찰…네이처 게재

▲임계점에서 집합적으로 움직이는 유리 입자. (사진제공=기초과학연구원)

기초과학연구원(IBS)은 첨단연성물질 연구단 스티브 그래닉 단장(UNIST 화학과 특훈교수)과 보 리 선임연구원이 프랑스 국립과학연구센터와 함께 액체가 단단한 유리로 변하는 임계점에서 유리 입자의 움직임을 처음으로 규명했다고 12일 밝혔다.

우리가 아는 유리는 높은 온도에서는 액체였다가 온도가 내려가면서 유리가 되는데, 특정 임계온도부터 유리의 특징인 높은 점성이 나타난다. 유리가 단단해지는 이유는 주변 입자들에 둘러싸이며 입자가 움직이지 못하는 ‘케이지 형성(cage formation)’ 때문으로 알려져 있다. 이 지점에서 입자들의 케이지 형성이 실제로 관찰된 적은 없었다.

연구진은 개별 콜로이드 입자를 자극할 수 있을 만큼 강하고 집중된 펨토 초 레이저를 개발, 레이저로 입자 한 개를 자극한 뒤 주변 입자들로 움직임이 퍼져나가는 양상을 분석했다. 그 결과 임계점에서 입자 이동성이 가장 증가하며, 케이지 형성의 특징인 집합적 움직임을 나타냄을 발견했다. 유리 전이가 서서히 일어난다는 기존 관념을 뒤집고, 임계점에서 입자가 움직이는 방식이 근본적으로 변화함을 밝혔다.

이번 연구로 유리를 근본적인 수준에서 이해할 수 있게 돼 향후 유리에 새로운 성질을 부여하는 신소재를 개발할 수 있게 됐다.

한편 이번 연구 논문은 세계 최고 권위 학술지 네이처 12일 자에 게재됐다.