이스라엘-인도 연구팀, 분자 운동으로 전기 제어하는 새로운 방식 발견

작성자: 페사흐 벤슨(Pesach Benson) • 2026년 11월 9일

예루살렘, 2026년 11월 9일 (TPS-IL) — 이스라엘과 인도의 공동 연구팀이 기계적 운동과 전기 사이의 알려지지 않았던 연관성을 밝혀내며, 단일 분자의 회전이 전류 전도 능력을 최대 100배까지 증가시킬 수 있음을 입증했다.

이 연구는 중심 축을 나선형 날개가 둘러싸고 있는 고대 장치인 아르키메데스 나선양수기에서 영감을 받았다. 물을 끌어올리기 위해 2,000년도 더 전에 발명된 이 장치는 오늘날에도 일부 수력 발전소에서 사용되고 있다. 연구진은 이제 나선형 분자가 회전하면서 더 나은 전도체가 되는 이 원리의 분자 크기 버전을 시연했다.

이 발견이 당장의 상업적 응용으로 이어지는 것은 아니지만, 기계적 움직임이 전류의 흐름을 조절하는 데 도움을 주는 분자 규모의 전자 장치를 설계하는 새로운 가능성을 열어줄 수 있다.

이스라엘 와이즈만 과학 연구소 연구진과 국제 파트너들은 전류가 나선형 분자를 회전시킬 수 있으며, 이 회전 자체가 전자의 통과를 더 쉽게 만들어 준다는 사실을 발견했다. 분자가 간헐적인 움직임에서 연속적인 회전으로 전환될 때, 이를 통과하는 전류는 최대 100배까지 증가할 수 있다.

동료 심사를 거치는 학술지 ‘네이처(Nature)’에 월요일 발표된 이번 연구는 와이즈만 연구소의 오렌 탈(Oren Tal) 교수 연구실에서 박사후 연구원으로 실험을 수행한 인도 연구자 아닐 쿠마르 싱(Anil Kumar Singh) 박사가 주도했다. 싱 박사는 현재 인도 마드라스 공과대학교의 교원으로 재직 중이다.

이번 국제 공동 연구에는 독일 아우크스부르크 대학교, 덴마크 코펜하겐 대학교, 중국 화중과기대학교의 연구진도 참여했다.

회전하는 분자

와이즈만 연구소 화학생체물리학부의 탈 교수가 지도한 연구팀은 절대영도에 가까운 극저온 실험실 환경에서 두 개의 금 전극 사이에 단일 나선형 분자를 배치했다.

연구진이 전압을 가했을 때, 분자를 통과하는 전류에서 반복적인 변동이 관찰되었다. 이 패턴은 분자가 한 방향으로 회전하고 있음을 나타냈다. 전류의 방향을 반대로 바꾸자 패턴 역시 반전되어 분자가 반대 방향으로 회전하고 있음을 보여주었다.

이어 연구진이 전압을 높이자 극적인 변화가 관찰되었다. 특정 임계값을 넘어서자 분자를 통과하는 전류가 최대 100배까지 급증했다.

계산 결과, 이러한 증가는 분자가 끊어지고 멈추기를 반복하는 움직임에서 연속적인 회전으로 전환될 때 발생하는 것으로 나타났다. 더 매끄러워진 운동 덕분에 전자가 더 쉽게 통과할 수 있게 되어 분자가 훨씬 더 우수한 전기 전도체가 된 것이다.

탈 교수는 “이번 발견은 분자 기계의 새로운 작동 원리를 제시한다. 전류가 분자를 구동하는 동시에 분자의 회전이 전기 전도성을 향상시켜, 동일한 전압에서 더 많은 전류가 통과할 수 있게 된다”고 말했다.

연구팀은 또한 분자의 형태를 변화시킴으로써 전류 증가를 촉발하는 전압 임계값을 조절할 수 있다는 사실을 발견했다.

탈 교수는 “이에 더해 터빈 날개의 각도를 바꾸는 것과 유사하게, 분자를 늘리거나 압축함으로써 전류 증가가 시작되는 임계값을 제어할 수 있음을 발견했다”고 밝혔다.

이를 위해 연구진은 두 전극 사이에 놓인 분자를 늘리거나 압축하면서, 금 전극 사이의 거리를 0.1나노미터(100억 분의 1미터) 미만의 단위로 미세하게 조절했다.

이러한 발견은 궁극적으로 분자 규모의 전자 스위치, 고감도 센서, 기계적 운동과 전기적 제어를 결합한 분자 기계의 개발에 기여할 수 있다. 분자의 전도성이 회전에 반응하고, 변화를 촉발하는 전압을 늘리거나 압축하여 조절할 수 있기 때문에, 이 원리는 엔지니어들이 미세한 기계적 변화를 전기 신호로 변환할 수 있는 초소형 부품을 개발하는 데 도움이 될 수 있다.