4,000개 구리 원자의 기적: 흔한 파란색 페인트를 21GPa로 짓눌렀더니 세계 최장 '단원자 전선'이 되었다!

파란 물감 튜브의 마지막 한 방울을 짜내기 위해 안간힘을 써본 적이 있다면 축하합니다. 당신은 물리학의 기초를 맛본 것입니다. 하지만 재료과학자들이 바로 그 흔한 파란색 안료를 다이아몬드 앤빌 압축기 사이에 넣고 21만 기압의 초고압으로 사정없이 짓눌렀을 때, 터져 나온 것은 물감이 아니라 무려 4,000개의 구리 원자가 일렬로 늘어선 세계 최장 '단원자 전기 도선'이었습니다.

이 실험의 주인공은 구리 프탈로시아닌(CuPc)입니다. 자동차 도색, 인쇄용 잉크, 플라스틱 염색에 널리 쓰이는 흔한 합성 안료죠. 상압에서는 중심에 구리 원자 하나가 박힌 납작한 원반 모양 분자들이 불규칙하게 흩어져 있습니다. 하지만 21기가파스칼(GPa)이 넘는 극한의 압력이 가해지자 물질의 성질이 완전히 뒤바뀌었습니다.

나노 전자공학의 오랜 숙원은 회로 배선을 원자 한 가닥 수준으로 줄이는 것입니다. 하지만 금속 원자 사슬은 열에 매우 취약해 쉽게 뭉개지는 고질적인 문제가 있었습니다.

파란 안료의 천재적인 점은 유기 링이 천연 '원자 피복재' 역할을 한다는 점입니다. 구리 원자 도선 주변을 견고한 분자 고리가 감싸고 있어 원자선이 휘거나 옆 회로와 합선되는 것을 완벽히 방지합니다.

스마트폰 속에 21GPa의 유압기를 넣고 다닐 수는 없겠지만, 이번 발견은 값비싼 반도체 장비 없이도 극단적 압력만으로 분자가 스스로 기적 같은 초미세 회로를 조립할 수 있음을 증명했습니다. 일상의 파란색 페인트를 다시 보게 만드는 순간입니다!