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[IT뉴스]세계 첫 ‘21번째 얼음’ 발견…우주 생명 탐사·신소재 개발 희소식

온카뱅크관리자

2025-10-27 09:57:34

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 넓은 온도 및 압력 구간에 걸쳐 존재하는 다양한 물과 얼음의 상태도. 파란색으로 표기된 곳이 이번에 한국표준과학연구원(KRISS) 우주극한측정그룹 연구진이 새로 발견한 상온 초고압 얼음 '얼음 XXI’의 존재 위치./
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 한국표준과학연구원(KRISS)이 지금까지 알려지지 않았던 물의 새로운 결정 구조, ‘얼음 XXI(Ice 21)’을 세계 최초로 발견했다. 물이 얼음으로 변하는 과정을 초고압 상태에서 정밀하게 관찰한 결과다.
 KRISS 우주극한측정그룹은 27일 “상온에서 2만기압(2 GPa)이 넘는 초고압 상태의 물이 얼음으로 바뀌는 과정을 마이크로초(1백만분의 1초) 단위로 관측했다”며 “그 과정에서 21번째 새로운 결정상(phase)인 얼음 XXI를 확인했다”고 밝혔다.
 우리가 아는 얼음은 0도 이하에서 생기지만, 사실 얼음은 온도뿐 아니라 압력에 의해서도 만들어진다. 물이 상온에서도 9600기압(0.96 GPa) 이상의 압력을 받으면 ‘얼음 VI’로 불리는 결정 형태로 변한다.
 이처럼 물이 얼음으로 바뀔 때는 분자들이 서로 얽혀 있는 수소결합 구조가 온도와 압력에 따라 복잡하게 변하며, 여러 가지 모양의 ‘얼음상(phase of ice)’이 생긴다. 지금까지 전 세계 연구자들은 온도와 압력을 바꿔가며 20가지 형태의 얼음을 찾아냈다.
 KRISS 연구진은 자체 개발한 초정밀 실험장치 ‘동적 다이아몬드 앤빌 셀(dDAC)’을 이용해 상온에서 2만기압 이상을 가했다. 이 장치는 머리카락 굵기만 한 금속 틈에 물을 넣고 다이아몬드 두 개로 눌러 압력을 가하는 구조다. 여기에 미세하게 압력을 조절하는 장치를 붙여, 사람이 손으로 돌리던 기존 방식보다 훨씬 빠르고 정밀하게 압력을 높일 수 있다.
 기존 장비로는 압력을 조금만 높여도 금세 얼어붙어 버렸지만, 이번 장치는 압축 속도를 10밀리초(1000분의 1초)로 줄여 물이 얼지 않은 채 2만기압 이상의 ‘초과압(supercompression)’ 상태로 유지되도록 만들었다.
 연구진은 독일의 세계 최대 X선 레이저 시설 ‘유로피언 XFEL’을 활용해, 초과압 상태의 물이 얼음으로 변하는 순간을 마이크로초 단위로 포착했다.
 그 결과, 지금까지 알려지지 않았던 5가지 이상의 새로운 결정화 경로가 관찰됐고, 이 가운데에서 완전히 새로운 형태의 얼음, 얼음 XXI가 모습을 드러냈다.
 얼음 XXI는 기존 얼음보다 분자 배열이 훨씬 크고 납작한 직육면체 구조를 가지고 있었다. 이윤희 KRISS 책임연구원은 “얼음 XXI의 밀도는 목성이나 토성의 얼음 위성 내부에 존재할 것으로 추정되는 초고압 얼음층과 비슷하다”며 “이번 연구가 우주 생명체의 기원을 이해하는 데 단서를 제공할 수도 있다”고 설명했다.
 이번 연구는 국가과학기술연구회의 지원으로 수행됐으며, 국제 학술지 ‘네이처 머티리얼즈(Nature Materials)’에 지난 10일 게재됐다.
 참고 자료
 Nat. Mater.(2025), DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-025-02364-x
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