지구 중심 압력의 두 배를 견디는 물질은?

과학자들은 물질의 성질을 연구하기 위해 종종 극한적인 상황을 만든다. 예를 들어 절대 영도에 더 가까운 온도를 만들기 위한 연구나 초고온 환경에서의 연구, 그리고 극한의 압력을 가하는 연구가 그렇다. 평범한 물질이라도 이런 극한적인 환경에서는 독특한 성질을 지니는 경우가 있기 때문이다.

예를 들어 이산화탄소의 경우 보통 기압에서는 바로 고체(드라이아이스)에서 기체(이산화탄소)로 변하지만, 70기압 이상의 높은 압력을 가하면 초임계 유체(super critical fluid) 상태라는 기체와 액체의 성질을 가진 독특한 상태가 된다.

초임계 유체 상태의 이산화탄소는 좋은 용매로 여러 가지 쓰임새가 있는데, 대표적인 것은 커피에서 카페인을 제거하는 디카페인 공정이다. 이외에도 초고압 환경에서 독특한 성질을 가지는 사례는 무수히 존재한다.

독일 바이로이트 대학(University of Bayreuth)의 과학자들은 금속 막대 끝에 놓인 두 개의 나노 크리스털 다이아몬드를 초고압으로 압축하는 방식으로 이 분야에서 새로운 신기록을 수립했다.(위의 개념도 참조)

이들은 아주 작은 오스뮴(Osmium·백금족 원소의 하나로 만년필 펜촉 등에 쓰임) 결정을 무려 770GPa(기가파스칼, 약 760만 기압)으로 압축했다. 연구팀에 의하면 이는 지구 중심부 압력의 두 배의 압력이며 이전 기록보다 130GPa 더 높은 압력이다.

오스뮴은 녹는점 2,700℃, 끓는점 5,500℃이면서 밀도가 가장 높은 원소로 놀랍게도 이런 환경에서도 결정을 유지하는 것으로 나타났다. 하지만 동시에 연구팀은 이 오스뮴 원자 내부의 전자들이 초고압 환경에서 서로 너무 가깝게 붙으면서 이전에는 볼 수 없었던 독특한 상호 작용을 보여준다는 것도 확인했다. 이 현상은 150GPa과 440GPa에서 확인할 수 있었다.

앞으로 더 높은 압력을 가하면 이전에는 확인하지 못했던 독특한 현상이 일어나는 것도 관측할 수 있을지 모른다. 그 가능성을 확인하기 위해서 과학자들은 더 높은 압력에 도전할 것이다.

고든 정 통신원 jjy0501@naver.com