연구에 사용한 다이아몬드(맨 왼쪽)와 120만 기압의 압력을 주었을 때 다이아몬드의 전자구조 2차원 이미지(가운데). 빨간색에 가까울수록 다이아몬드 전자구조의 변형이 크다. 



모교 이성근(지질과학90-94) 지구환경과학부 교수 연구팀이 다이아몬드가 단단한 이유를 실험적으로 밝혀낸 연구 결과를 최근 발표했다.  

다이아몬드는 현존하는 지구·행성의 구성 물질 중 가장 단단한 것으로 알려졌다. 물질의 단단함은 물질을 구성하는 원자들의 결합, 특히 전자결합구조를 살펴봄으로써 확인할 수 있다. 이 교수 연구팀은 미국 아르곤 국립연구소 연구팀과 공동 실험에서 다이아몬드에 최대 200만 기압을 가하고, 전자 에너지 상태의 밀도를 측정함으로써 다이아몬드의 전자결합구조가 어떻게 압력을 견뎌내는지 관찰했다. 

그 결과 외부적인 단단함과 달리, 극한의 압력 하에 다이아몬드의 전자결합구조는 마치 다른 연약한 물질들처럼 적극적인 변화 양상을 보였다. 전자결합구조의 유연함이 오히려 단단함의 기원이 된 것이다. 

다이아몬드의 남다른 경도에 의문이 많았지만, 대기압의 100만 배 이상 되는 조건에서 실험적으로 다이아몬드의 전자구조를 살펴본 것은 이번 연구가 처음이다. 연구팀은 “다양한 물질의 단단함과 연약함의 기원을 설명하는 전자단위 체계를 제시하거나, 다량의 탄소로 구성된 외계 행성들의 내부 구조를 이해하는 데 도움이 될 것”이라고 설명했다. 해당 논문은 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 5월 19일 온라인 판에 출판됐다.