[뉴스스페이스=이종화 기자] 로렌스 리버모어 국립연구소(LLNL) 연구진이 금(Gold)의 원자 구조가 지구 대기압의 약 1,200만 배, 즉 1.2 테라파스칼(TPa) 수준의 초고압에서 변화하는 모습을 최초로 실시간 관측했다. 이 연구결과는 10월 물리학 권위지 《Physical Review Letters》에 발표됐다.

phys.org, llnl.gov(LAWRENCE LIVERMORE NATIONAL LABORATORY)에 따르면, 이번 연구는 금에 대한 최고압 구조 측정이며, 지구 핵심부 압력의 약 3배에 달하는 극한 조건에서 금속 원자 배열이 어떻게 변형되는지를 명확히 밝혀낸 결과다.​

금은 고압 물리학에서 안정적인 기준 기준 물질로 널리 활용되어 왔다. 다만, 극한 압력 상황에서 금의 결정구조가 어떻게 변화하는지에 대해선 과학계에서 오랜 논쟁이 있었다. 이번 연구는 그간 이론과 실험이 충돌했던 이슈를 해소하며 기존 예측보다 훨씬 더 높은 압력까지 금의 면심입방체(FCC, face-centered cubic) 구조가 유지됨을 확인했다.​

연구팀은 미국의 국가점화시설(NIF, National Ignition Facility)과 로체스터대 OMEGA EP 레이저 시스템에서 특수 설계한 레이저 펄스를 사용해 금 시료를 순식간에 압축하면서 온도를 낮게 유지, 금속이 고체 상태를 유지하도록 한 상태에서 X선 회절 실험으로 원자 배열을 10억분의 1초 단위로 포착했다.

그 결과 약 지구 중심압력의 2배에 달하는 압력까지 FCC 구조가 그대로 유지되다가 그를 넘어서면 일부 원자가 몸심입방체(BCC, body-centered cubic) 구조로 재배열되기 시작하는 것을 확인했다. 그러나 FCC와 BCC 두 상이 공존하는 상태도 발견되어 금의 구조 변화가 단계적이며 복합적임을 보여줬다.​

이번 발견은 금이 초고압 환경에서 어떻게 변화하는지에 대한 정확한 기초 데이터를 제공한다는 점에서 큰 의미가 있다. 에이미 콜먼 LLNL 박사는 "금의 행동을 정확히 이해하는 것이, 행성 핵 모델링에서부터 신소재 설계 및 핵융합 연구에 이르기까지 금을 기준 물질로 사용하는 모든 실험의 신뢰성을 보장해준다"고 강조했다.​

지구 대기압의 수백만 배를 넘어서는 초고압 조건은 대형 가스행성이나 초거대 행성 내부, 또는 핵융합 반응 조건과 유사하기 때문에 이 연구 데이터는 우주과학과 에너지 과학 분야에서 광범위하게 활용될 전망이다. 또한 상 변환 경계에 대한 온도 진단의 중요성도 이번 실험이 보여준 바 있어, 앞으로 초고압 고온 환경에서 금속 물질들의 정확한 상태를 밝히는 데 기초가 될 것으로 기대된다.​