별이 빛나는 양자

영화 <앤트맨>의 주인공 스캇 랭은 그의 딸을 구하기 위해서 슈트의 리미터를 해제한다. 그리고 그는 원자의 크기보다 작아져서 극한의 미시세계인 ‘양자 영역’에 들어간다. 앤트맨과는 달리, 우리는 직접 원자를 볼 수 없다. 하지만 주사터널링 현미경(scanning tunneling microscopy)을 이용하면 원자 단위의 이미지를 얻을 수 있다.

아주 작은 세계에선 우리가 살고 있는 세계의 법칙으로는 설명할 수 없는 일들이 일어난다. 매끈해 보이는 금의 표면도 주사터널링 현미경(STM)을 이용해 찍으면 평평하지 않다. 사진은 바나딜 프탈로시아닌(VOPc)분자가 뿌려진 금(111)표면의 STM 이미지이다. 표면에서 금 원자들은 배열이 바뀌고, 높이 차를 만든다. 사진에서의 ‘Z’자형 무늬 (헤링본 무늬)는 금의 재배열에 의한 높이 차가 만들어낸 것이다. 동그란 입자들은 증착된 VOPc분자들이다. 대부분 헤링본 무늬의 모서리에 위치한다. 이처럼 원자 단위의 세계에서도 규칙이 존재한다. 직접 볼 수 없는 미시 세계는 아직도 연구할 것이 많지만, 그만큼 과학기술의 한계를 극복할 기회도 많다.