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title: "50년 논쟁 아조벤젠을 KAIST가 원자 수준으로 촬영했다"
author: "VibeTimes"
published: "2026-10-01T03:05:35.218Z"
section: "technology"
tags: ["이효철", "김중민", "알레코스 세갈리나", "기호성", "포항 포항가속기연구소"]
language: "ja"
url: "https://vibetimes.co.kr/ja/news/cmuoy761d03jjg35lbf1lnpid"
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# 50년 논쟁 아조벤젠을 KAIST가 원자 수준으로 촬영했다

빛을 쬐면 구조가 바뀌는 '분자 스위치' 아조벤젠이 어떻게 변하는지, KAIST 연구팀이 약 50년간 이어진 논쟁을 원자 수준에서 시간 순서대로 밝혀냈다. 화학과 이효철 교수 연구팀은 기초과학연구원(IBS) 첨단반응동역학 연구단과 함께 이 성과를 국제학술지 네이처에 9월 30일(현지시간) 게재했으며, 네이처는 이번 연구를 아조벤젠의 구조 변화를 원자 수준에서 촬영한 연구로 소개했다.

아조벤젠은 두 개의 벤젠 고리가 질소 원자 두 개로 연결된 분자다. 빛을 받으면 '트랜스' 형태에서 '시스' 형태로 바뀌는데, 원자가 생기거나 사라지는 게 아니라 분자 안에서 배치가 달라지는 것이다. 이 성질 덕분에 광약리학, 스마트 소재, 분자기계 등 빛으로 작동하는 소자 연구의 대표 물질로 꼽혀 왔다.

## 자전거 페달처럼 맞물려 돌았다

그동안 이 반응은 피코초, 즉 1조분의 1초 수준에서 진행돼 직접 관찰하기 어려웠다. 그래서 양쪽 벤젠 고리가 회전하는지, 질소 연결부가 움직이는지를 놓고 여러 설명이 병존해 왔다. 연구팀(이효철 교수, 김중민 박사후연구원, 알레코스 세갈리나 선임연구원, 기호성 연구위원 참여)은 포항가속기연구소의 X선 자유전자레이저로 메탄올 용액 속에서 반응을 시작시킨 뒤 시간 차이를 두고 초고속 X선을 쏴 구조 변화를 측정했다. 용액 속에서 용매 신호가 분자 신호보다 훨씬 크게 나오는 탓에, 연구진은 여기서 분자 자체의 미세한 변화를 추출해 시간별 구조를 이어 붙였다.

그 결과 아조벤젠은 양쪽 벤젠 고리를 한꺼번에 돌리는 방식이 아니었다. 먼저 벤젠 고리와 질소 연결부 사이가 비틀리고, 이어 가운데 질소 연결부를 중심으로 양쪽이 서로 맞물려 움직였다. 연구진은 이를 자전거 페달이 서로 반대 방향으로 도는 것에 비유했다. 트랜스에서 시스로 바뀌는 데 걸리는 시간은 약 17.1피코초로 측정됐다. 이번 성과의 핵심은 최종 모양을 알아낸 데 있지 않고, 중간에 어느 부위가 먼저 움직이는지를 확인했다는 점이다. 연구진은 출발점과 도착점의 구조뿐 아니라 그 사이의 움직임 순서를 알아냄으로써 분자의 작동 원리를 규명했다고 설명했다.

또 중심부를 축으로 움직이면 주변 용액을 크게 밀어내지 않고도 구조를 전환할 수 있다는 사실이, 아조벤젠이 주변 액체의 영향을 크게 받지 않고 빠르게 변하는 이유를 설명해 준다. 이번 연구가 당장 새로운 약물이나 소재를 만들어낸 것은 아니지만, 빛으로 움직이는 분자를 설계할 때 어느 부위를 먼저 움직여야 하는지 판단할 구조적 근거를 제시했다.