네 바퀴 돌아야 원래 상태로 돌아오는 '반(半) 뫼비우스 띠' 분자 작성일 03-06 29 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="9bXWp5V7Ji"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="132594d352de7ca20e714f16c552ba5ba57e72514dbd31b695b6e54176029a65" dmcf-pid="2KZYU1fzRJ" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="반(半) 뫼비우스 고리 분자구조에서 전자가 존재할 수 있는 영역을 표현한 그림. 탄소 원자(C) 13개와 염소 원자(Cl) 2개로 이뤄진 분자다. IBM Research/University of Manchester 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/06/dongascience/20260306174804182jrjv.png" data-org-width="680" dmcf-mid="BuHy0Z2ueo" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/06/dongascience/20260306174804182jrjv.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 반(半) 뫼비우스 고리 분자구조에서 전자가 존재할 수 있는 영역을 표현한 그림. 탄소 원자(C) 13개와 염소 원자(Cl) 2개로 이뤄진 분자다. IBM Research/University of Manchester 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="3cc1814febcf7ad6b092f183712be4665b2100a33642b9e09200ea52c25c7c8c" dmcf-pid="V95Gut4qLd" dmcf-ptype="general">과학자들이 원자를 하나하나 정밀 배열하는 방식으로 네 바퀴를 돌려야 처음 상태로 돌아오는 특이한 '반(半) 뫼비우스' 고리 분자구조를 구현하고 양자컴퓨터로 분자 특성을 검증했다.</p> <p contents-hash="31960357182b57a8e86587033f19b59f8b6a8301efa5cc43b15a0916e2f3edb0" dmcf-pid="f21H7F8BMe" dmcf-ptype="general"> IBM 유럽 연구팀은 영국 옥스퍼드대, 맨체스터대 연구팀과 함께 탄소 고리 주위로 특수한 나선형 전자 궤도가 구현된 분자를 합성하고 연구결과를 5일(현지시간) 국제학술지 '사이언스'에 공개했다.</p> <p contents-hash="e836b3f61b569621d538e77cbec4b94e821a503dc3f842e90041476b713ad0f3" dmcf-pid="4VtXz36bdR" dmcf-ptype="general"> 뫼비우스의 띠는 리본 한 가닥의 끝부분이 180도 틀어진 채로 다른 쪽 끝에 붙어 고리를 만든 모양이다. 어떤 지점에서 출발해 한 바퀴를 돌면 리본의 반대편에 도달하는 구조를 말한다. 두 바퀴를 돌아야 원래 위치로 돌아온다. </p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="73b449eebcae1efe00e3b42fbfb9ec2fc6f606f8c029c8c531473fa5a99200db" dmcf-pid="8fFZq0PKMM" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="고리 형태의 분자에서 각 원자의 특정 전자가 존재할 확률을 공간에 표현한 '파이 오비탈'. 휘켈 구조인 그림 A의 분자는 고리를 한 바퀴 돌려도 오비탈의 형태가 동일하지만, 뫼비우스의 띠 구조인 그림 B의 분자는 한 바퀴를 돌리면 파이 오비탈의 위아래가 뒤집히기 때문에 두 바퀴를 돌려야 처음의 양자 상태로 돌아온다. Roncevic et al.(2026)/Science 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/06/dongascience/20260306174805484hwbi.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="bqb769LxJL" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/06/dongascience/20260306174805484hwbi.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 고리 형태의 분자에서 각 원자의 특정 전자가 존재할 확률을 공간에 표현한 '파이 오비탈'. 휘켈 구조인 그림 A의 분자는 고리를 한 바퀴 돌려도 오비탈의 형태가 동일하지만, 뫼비우스의 띠 구조인 그림 B의 분자는 한 바퀴를 돌리면 파이 오비탈의 위아래가 뒤집히기 때문에 두 바퀴를 돌려야 처음의 양자 상태로 돌아온다. Roncevic et al.(2026)/Science 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="fcfd2bd6668b9bfabd3fa5b432584306b655aac70bb26102936e178762c504ac" dmcf-pid="6435BpQ9ex" dmcf-ptype="general">현대 물리학에서는 전자를 구름으로 표현한다. 전자가 물리적으로 고정된 하나의 위치에 존재하는 것이 아니라 특정 에너지 범위 내에서 확률적으로 분포하는 모양이다. 이때 전자가 분포할 수 있는 영역을 공간에 나타낸 것이 오비탈(궤도함수)이다.</p> <p contents-hash="f55db63acecd84fc6f842a74f1cab2b504c5feeef1be02048c89cfcabd15aab5" dmcf-pid="P801bUx2RQ" dmcf-ptype="general"> 고리 모양 분자의 오비탈도 뫼비우스의 띠 구조로 꼬여 있는 경우가 존재한다. 두 바퀴를 돌아야 원래의 오비탈과 같은 형태로 돌아온다는 뜻이다. 꼬임이 없어 원통형으로 한 바퀴를 돌면 자기 자리로 돌아오는 경우는 휘켈 구조라고 한다.</p> <p contents-hash="1f75d818fa4187f61afb39a24069cd28029b1909d231a6a6c77e2cdcbd0342d9" dmcf-pid="Qx70Vqd8eP" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 원자를 하나씩 정밀하게 배열하는 방식으로 탄소 원자(C) 13개와 염소 원자(Cl) 2개로 이뤄진 반 뫼비우스 구조의 고리형 C13Cl2 분자를 구현했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="1286a28f7e4934200d2782f75ff34e838eed43535997e4786f852aab85d1cff3" dmcf-pid="xMzpfBJ6R6" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="특수한 고리 형태의 분자 주변 전자 분포가 반 뫼비우스 띠 형태를 나타내는 경우를 설명한 그림. 고리를 한 바퀴 돌릴 때마다 전자의 존재 확률을 공간에 나타낸 함수인 파이 오비탈의 위상 특성이 90도씩 돌아가기 때문에 네 바퀴를 돌아야 처음의 양자 상태와 완전히 같아진다. Roncevic et al.(2026)/Science 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/06/dongascience/20260306174806732hmic.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="KCVbM4NdRn" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/06/dongascience/20260306174806732hmic.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 특수한 고리 형태의 분자 주변 전자 분포가 반 뫼비우스 띠 형태를 나타내는 경우를 설명한 그림. 고리를 한 바퀴 돌릴 때마다 전자의 존재 확률을 공간에 나타낸 함수인 파이 오비탈의 위상 특성이 90도씩 돌아가기 때문에 네 바퀴를 돌아야 처음의 양자 상태와 완전히 같아진다. Roncevic et al.(2026)/Science 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="55c4386ceb5f9cd0416894770399198df988a0a7c2295bf65c2f11248663d828" dmcf-pid="yWEjCwXSd8" dmcf-ptype="general">전자가 실제로 고리 구조를 따라 4바퀴를 돈다는 뜻은 아니다. 고리를 한 바퀴 돌릴 때마다 '파이(π)-오비탈'이라는 궤도함수의 위상 특성이 90도씩 돌아가기 때문에 네 바퀴를 돌아야 처음의 양자 상태와 완전히 같아진다는 설명이다. 구체적으로는 전자에서 방향과 크기를 갖는 물리량인 스핀의 상태와 연관된 '베리 위상'의 변화다.</p> <p contents-hash="c62f376c7a433197a14fba4f7fb0df3b3d3bb419925f2a53f65b803b79d464a3" dmcf-pid="WYDAhrZvJ4" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 고리형 C13Cl2 분자의 전자구름이 설계한 대로 꼬여 있는지 직접 확인하기 위해 IBM의 양자컴퓨터를 활용했다. 분자와 주변 전자구름을 시뮬레이션하고 생성된 분자가 실제로 반 뫼비우스 띠 구조라는 것을 확인한 것이다. 양자컴퓨터가 복잡한 원자 배열을 시뮬레이션하는 데 도움이 된다는 사실을 뒷받침한다.</p> <p contents-hash="2da219be7c8531e58ef373efbeccbb22801fc11568f58b543aef4ad642ed8268" dmcf-pid="YGwclm5TRf" dmcf-ptype="general"> 양자컴퓨터는 물질의 양자 상태를 활용한 정보처리 단위인 '큐비트(qubit)'를 사용하며 특히 화학 분야에 강점을 드러내 돌파구로 기대를 모은다. 고전컴퓨터로 같은 내용을 시뮬레이션한 결과 양자컴퓨터의 분석 속도가 더 빠르다는 '양자 우위'도 확인됐다. </p> <p contents-hash="b3f0d4f8c5926741072e23389b0a460532e44d28752467c3dd1c991b6c747433" dmcf-pid="GHrkSs1yeV" dmcf-ptype="general"> 구현된 분자는 자연 상태에서는 불안정할 것으로 예상된다. 세가와 야스토모 일본 분자과학연구소 연구원은 "이런 분자가 이론적 제안을 넘어 실제 합성됐다는 사실은 분자과학 분야에 중대한 영향을 미칠 것"이라고 말했다.</p> <p contents-hash="3b43b498b25043cd4aae93d1a73976214f14cbe591ed3e6f16045e914014d0c7" dmcf-pid="HXmEvOtWL2" dmcf-ptype="general"> <참고 자료><br> - doi.org/10.1126/science.aea3321</p> <p contents-hash="e20777700dba62506151d983697d1cd6793e4a37456186e123437e70a228ae3c" dmcf-pid="XZsDTIFYM9" dmcf-ptype="general">[이병구 기자 2bottle9@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 업무용 AI 내세운 GPT-5.4…범용 지능선 제미나이 못 넘어 03-06 다음 눈 위의 극한 레이스...아시안컵 산악스키대회 평창서 개최 03-06 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
