도쿄대학과 산업기술종합연구소 그룹은 무질서한 분자 집합체로부터 결정핵이 형성되는 과정을 연속적으로 촬영해 해석하는데 처음 성공했다.
종래, 결정에 관해서는, 결정 중의 원자 서열 등 정적 구조가 밝혀져 왔지만, 「결정화」라고 하는 동적인 과정을 원자 레벨에서 상세하게 관찰하는 것은 곤란해져 왔다.특히, 결정화 현상의 최초기 과정인 핵생성은, 그 확률론적인 거동과 미소한 시간·공간 스케일로부터, 종래의 실험 수법에 의한 해석은 매우 곤란했다.
본 그룹에서는 「원자 분해능 단분자 실시간 전자 현미경(SMART-EM) 이미징법」이라고 불리는 기술 개발에 의해, 작은 분자 1개 1개나 분자 집합체의 움직임을 동영상 촬영하여 기록하는 연구에 임해 왔습니다 했다.이번에 이 기술에 맞추어 탄소나노튜브(CNT)를 나노플라스크로 이용하여 결정화를 공간적으로 제어함으로써 결정화 현상의 원자 수준에서의 직접 관찰이 달성되었다고 한다.
실험에서는, 염화나트륨(NaCl) 수용액을 원추형 CNT에 내포시키고, 그 후 건조에 의해 물을 제거한 결과, 원뿔 형상에 의해 CNT 선단에서 NaCl 분자의 자기 집합·핵 형성이 유도되어, 또한 CNT 내부라는 나노미터 크기의 제한 공간이 분자 확산을 억제함으로써, 1나노미터 정도의 NaCl 결정핵이 재현성 좋게 반복 형성되었다.적절한 공간을 설계하면 핵형성 과정을 원자 수준에서 제어할 수 있음을 보여주는 성과다.
또한, 본 연구에 의해 처음으로, 지금까지 그 성질이 분명하지 않았던, 결정핵을 형성하는 이전의 분자 집합체가, 결정과 유사한 질서였던 구조와 무질서한 구조 사이를 왕래하는, 구조 유동 성을 가지는 것도 판명되었다.
결정화 과정을 미세한 시점에서 재검토함으로써 새로운 지견을 발견한 본 성과는 원하는 형상이나 성질을 가진 신재료를 분자 수준에서의 관찰에 근거하여 설계·개발하는 혁신적인 기술로 이어진다 예상됩니다.
