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류코쿠(龍谷)대학 첨단공학부 응용화학과정 연구그룹이 빛을 조사(照射)함으로써 가역적으로 결정 상전이(phase transition)가 유도되어 급속하게 굽어지는 결정 시스템을 발견함. 이 결정 상전이는 ‘마르텐사이트 (martensite) 상전이’라 불림. 이 상전이에 의해 결정이 크게 급속히 변형되는 것으로 알려져 있으며, 연구진은 유기 결정 중에 기계처럼 움직이는 분자의 거동과 함께 광 조사를 통해 굴곡진 결정의 메커니즘을 규명함. 연구진은 포토크로믹 화합물, 디아릴에텐 결정을 이용했으며, 이들의 특징은 결정을 구성하는 분자들이 결정의 긴 축 방향으로 분자간 수소 결합에 의해 연결되어 있다는 것임. 이 수소 결합 때문에 승화를 통해 결정이 그 방향으로 성장함. 길이 약 650μm, 폭 70μm, 두께 3μm의 작은 결정 중에서 무슨 일이 일어나고 있는지 알기 위해 대형 방사광 시설 SPring-8을 사용했으며, 그 결과, 자외선을 조사하고 잠시 후 회절점이 2배로 증가하고 SCSC(Single Crystal Single Crystal) 상전이가 일어나는 것을 확인함. 이때의 결정 구조가 자외선 조사 이전 Phase I 상태에서 결정격자의 각도가 변화됨과 동시에 인접한 결정격자의 대칭이 나빠진 Phase II로 바뀌는 것을 확인함. 가시광을 조사하자 모든 데이터는 원래의 Phase I으로 돌아왔는데, 이는 가역성 있는 마르텐사이트 상전이의 특징임. 광 조사를 통해 큰 결정의 형태 변화를 수반하는 마르텐사이트 상전이를 스위칭하고 그 현상을 분자 수준에서 추적한 것은 세계 최초의 성과임. 본 연구 성과는 광 조사를 통해 물체를 들거나 운반하는 등의 기능을 가속화할 수 있으며, 향후 소프트웨어 로봇의 움직임의 속도로 이용될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Chemical Science’ (“Photoinduced Swing of a Diarylethene Thin Broad Sword Shaped Crystal , A Study on the Detailed Mechanism”) 지에 게재됨.