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빛에 의한 분자 분해는 슈뢰딩거(Schrödinger) 방정식이 수립된 지 수십 년이 지나서야 풀어지게 되었다.
그 해는 분자가 쪼개질 때 발생하는 전자 및 핵 상호작용을 연구할 수 있는 모델을 제공한다.
연구 결과는 화학 결합, 특히 복잡한 분자의 일반화에 대한 이해의 폭을 증진시킬 것이다.
벨기에 루벤 카톨릭대학(Catholic University Leuven) 박사 후 연구원인 빔 반루스(Wim Vanroose), 마드리드 자치대학(Autonomous University of Madrid) 화학과 교수인 페르난도 마틴(Fernando Martín), 로렌스 버클리 국립연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory)의 토마스 레시그노(Thomas N. Rescigno), 캘리포니아대학교(University of California, Davis) 화학 및 응용과학 교수인 윌리엄 맥커디(C. William McCurdy)에 의해 연구가 수행되었다.
연구는 단일 광자로 D2같은 이원자 분자를 완전히 분해하는데 대한 실험적 접근법을 소개한 프랑크프루트대학(University of Frankfurt) 핵 물리학 교수인 레인하드 도너(Reinhard Dörner)에 의한 최기 연구에 의해 영감을 얻었다.
이는 튀어나온 전자의 경로가 광자가 흡수된 두 핵 사이의 거리에 의존한다는 것을 나타낸다.
그러나 의존성에 대한 메커니즘은 실험적 방법으론 연구되지 못하였다.
이러한 메커니즘을 규명하기 위해 반루스, 마틴, 레시그노 및 맥커디 연구진은 이론적으로 답을 얻을 수 있는 슈퍼컴퓨터를 이용하였다.
연구진은 한 분자의 이중 광이온화에 대한 슈뢰딩거 방정식의 정확한 수치의 해를 최초로 얻어내었다.
반응은 H2의 완전한 분해로써, 광자가 흡수된 후 쿨롬 폭발(Coulomb explosion)이라 불리는 과정에 의해 양성자가 날라갔을 때 두 개의 전자가 방출된다.
연구의 주된 업적은 다음과 같다고 도너는 논평했다.
슈뢰딩거 방정식이 설립된 지 80년 만에 그리고 아인슈타인의 광전자 효과 이래로 100년 만에, 겉으로 보기에 간단한 문제에 대한 수치의 해를 얻어낸 것이다.
즉, 단일 광자가 가장 간단한 분자를 어떻게 분자종으로 쪼개는가? 이는 화학결합내에 있는 전자의 관계적 움직임에 대한 전혀 새로운 통찰력을 제공한다.
현재의 계산 능력을 최대한 이용한 이론의 혁명과도 같다고 그는 말했다.
반응에서 H2 분자는 전자가 분자와 밀접히 연관되어 있는“결합된(bound)” 상태에 있기 보단 하나 이상의 자유 전자를 갖는 “연속된(continuum)” 상태에 있다.
결합된 상태에 있는 분자에 대한 정확한 슈뢰딩거 방정식의 해는 오래 전에 구해졌지만, 연속된 상태에 있는 분자의 해는 얻기가 어려웠다.
메커니즘에 따른 새로운 양자 역학 모델은 핵간 거리에 대해 광방출된 전자의 경로 의존성이 광자가 타격한 시간에서 전자의 위치 영향 즉,“전자 상관관계(electron correlation)”에 기인한다는 것을 나타낸다.
모델은 전자 및 핵간 상호작용을 분석하고 정량할 수 있게 한다.
또한 화학 결합에 대한 새로운 통찰력을 부여한다.
하지만 계산은 매우 복잡하고, 강력한 컴퓨터가 요구되기 때문에 보다 복잡한 분자에 적용되기 위해선 보다 많은 발전이 있어야 한다고 레시그노는 말했다.
[그림] 단일 광자(노랑)는 H2를 전자(파랑)와 양성자(빨강)로 쪼갬.
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바이오존 정화기는 빛에 의한 광이온화 과정에서 해리되어 쏟아져 나오는 광전자와 래디컬 이온의 활동으로 광화학 반응으로 공기와 물을 정화하는 기술이다.
누가 이 엄청난 광이온화 정화 기술을 이해할 것인가?
어느 과학자의 말처럼 바이오존이 마케팅에 가장 큰 어려움을 겪는 것은 바로 이러한 광이온화 기술을 제대로 이해하는 사람들이(소비자들) 아직은 거의 없다는 것이다.
그렇다고 마케팅을 멈출 수는 없지 않는가!
꾸준히 하다보면 이 기술을 이해하는 사람들이 또한 매니아들이 넘쳐나겠지!
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