빛을 받아 일어나는 화학반응은 전자적으로 들뜬 상태에서의 상호작용을 통해 발생한다.
일반적으로 전자상태 간의 상호작용은 한 개의 경로를 갖는 것이 보통이다.
하지만 양자상태에 따라 반응속도가 변하는 현상이 종종 발견되기도 한다.
이 구간은 화학반응에 대한 양자역학적 기술을 가능케 하는 '본-오펜하이머 가정'이 성립하지 않는 영역으로 알려져 있다.
김 교수는 2010년 분광학적 방법을 통해 이 원뿔형 교차점의 존재를 발견했고 이는 곧 에너지곡면 교차점의 양자상태 반응의 시작점임을 증명했다.
또 여기서 출발한 반응은 매우 다른 반응속도를 가진 서로 다른 두 경로로 분리돼 진행된다는 것을 밝혔다.
하지만 일반적인 분광법을 통해 교차점의 시작점은 알 수 있었지만 각 곡면이 갖는 속도를 측정하는 것은 불가능했다.
연구팀은 기존의 분광법이 아닌 피코초 시간분해능 분광법을 이용했다.
이를 통해 연구팀은 본-오펜하이머 가정이 성립하는 단열 반응과 이 가정이 성립하지 않는 비단열 반응 두 개의 경로가 활성화되고 반응 속도 뿐 아니라 생성물의 에너지 분포 등이 큰 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었다.
김 교수는 "자유도의 수가 많은 복잡한 분자 반응에서 양자상태에 근거한 반응교차점에서의 비 단열성을 정량적으로 관찰하고 설명한 경우는 이번이 처음"이라며 "이를 통해 향후 있을 이론적, 실험적 연구의 촉진에 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.
한편, 이번 연구 논문은 '미국화학회지(JACS)' 11월 7일자 온라인 판에 게재됐다
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