양성자 빔으로 물질의 수소결합 구조를 바꿈으로써 물질의 성질을 제어할 수 있다는 사실과 그 원리가 국내 연구진에 의해 최초로 발견되었다. 이러한 연구결과는 응용물리학 분야 학술지인 최근호(9월호)에 게재되었다.

과학기술부는 고려대학교 물리학과 이철의 교수 연구팀이 과기부 21세기프론티어사업단 양성자기반공학기술개발사업(단장 최병호)의 이용자프로그램에서 양성자 가속기를 이용, 수소결합형 강유전체인 KDP(Potassium Dihydrogen Phosphate)에 양성자 빔을 조사한 결과, 상전이 온도가 현저하게 상승함을(약 5°C) 확인했다. 이 교수팀은 이 같은 물성 변화가 수소결합을 포함하는 결정구조의 변화에 의한 것이라고 밝혔다.

KDP는 수소를 중수소로 치환할 경우, 상전이 온도가 뚜렷하게 상승하는 “동위원소효과”를 보이는 물질로, 학계에서 오랫동안 연구와 관심의 대상이 되어왔다. 이 교수팀은 KDP의 수소결합 중 일부를 중수소로 부분 치환한 뒤 양성자 빔을 조사한 결과 분자와 분자 사이의 수소 결합 길이가 늘어남을 확인했다.

현재까지 알려지고, 응용되고 있는 양성자 빔의 효과는 대부분 표면개질과 결함 유발, 물질의 수소결합을 끊거나 원자핵을 파쇄하는 수준이었다. 그런데 이철의 교수팀은 양성자 빔이 수소결합을 변화시켜 물질의 미세구조를 바꾸고 성질을 제어할 수 있다는 것을 보여줌으로써, 양성자가속기 응용의 새로운 지평을 연 것으로 평가된다.

원자들 사이에 수소가 끼어들어 형성된 수소결합은 암석이나 금속을 제외한 대부분 물질은 물론, 물과 DNA 등 생명체 내부에도 존재하며 중요한 역할을 담당한다. 따라서 이번 연구는 양성자 빔을 이용한 물질 구조변화를 통한 물성제어의 길을 닦고, 향후 양성자 빔을 이용한 암세포의 정상세포 변환 등 생명공학 분야에서도 응용될 가능성을 확인한 것이다.