금이 자석이 된다? 우리들은 화학연구자와 협력하여 크기가 수 나노미터인 금의 나노입자를 만들어 그 성질을 조사했다. 96년에 이 금 나노입자가 자석의 성질을 나타낸다는 것을 발견했을 때 상당히 놀랐다. 너무나 의외의 발견이었으므로 실험실에서 여러 가지 방법으로 신중히 조사해 보았지만 정말로 금 그 자체가 자성의 원인이 되는가 아닌가를 확실히 하기란 좀처럼 쉬운 일이 아니었다. 강자장 속에 시료를 놓고 원편광한 X선으로 금의 흡수 스팩트럼을 측정, 자장의 방향을 교체했을 때 나타나는 변화를 보면, 이 문제가 해결된다. 이 방법은 자기원 이색성(MCD)라고 불리며 방사광 분야에서는 자성체의 연구에 최근 널리 사용되고 있다. 이렇게 생각하고 2년 전부터 유럽의 대형 방사광 시설인 ESRF(프, 그르노블) 그룹에 실험을 의뢰했는데, 효과가 너무 적어 측정이 불가능했다. ‘8’의 위력 MCD를 지금까지보다 2자릿수 이상 좋은 감도로 측정하는 고도의 측정기술이 SPring-8로는 완성된다는 이야기를 듣고 반신반의하며 실험을 하기로 하였다. 그 결과, 그야말로 멋지게 금 그 자체가 자석이 된다는 것을 증명하는 결과를 얻을 수 있었다. 새삼 SPring-8의 높은 기술, 강력함을 인식했다. 금 나노입자의 미래 금속 속에는 자유로이 움직이는 전자가 있다. 전자는 회전하는 팽이에 비유되며, 팽이의 회전방향에 대응하는 스핀이라고 불리는 양(量)을 가지고 있다. 이 스핀이 같은 방향으로 일정하게 되면 철처럼 자석이 되고, 제 각각의 방향을 향하고 있으면 일반 금속처럼 자석은 되지 못한다. 스핀이 같은 방향으로 일정하게 되는 것은 특별한 사정이 있기 때문으로, 대부분의 안정된 금속은 자석이 되지 않는다. 금이 그 전형으로 그것을 나노입자로 하면 자석이 된다는 부분이 상당히 재미있다. 어떤 특별한 사정이 있어서 금의 나노입자는 스핀이 한쪽으로 몰리는 것일까. 스핀이 몰린 상태는 불안정한 성질이 있는 것이므로 화학적으로도 흥미롭다. 최근 금의 나노입자가 촉매활성을 갖는다는 보고가 산업기술종합연구소 關西센터(구 大阪공업기술연구소)로부터 나왔다. 이것이 스핀의 편중과 관계가 있는 것일까. 이렇게 금 나노입자의 불가사의한 자성에 대해 생각해 나가면, 그 흥미로움은 끝이 없다. 또 이 금속 나노입자를 조합해 스핀의 방향을 제어함으로써 정보처리를 하는 나노고속 디바이스 등도 생각할 수 있다. 이렇게 최근 눈에 띄게 흥미를 보이고 있는 스핀 일렉트로닉스에 대한 반응 등도 기대할 수 있어 실로 꿈의 재료라고 생각하고 있다. 이번 실험은 SPring-8으로 이루어지고 있는 文部科學省의 나노테크놀러지 종합지원 프로젝트의 지원을 받아 실시할 수 있었다. 높은 기술의 지원을 경험하고 SPring-8이 새로운 나노 재료의 개발에 매우 유효하며, 앞으로 점점 더 그 중요성이 증대될 것이라고 확신했다. 금의 나노입자는 그대로는 서로 들러붙어 덩어리가 되어 버린다. 고분자 막을 표면에 부착한 입자는 크기가 일정하며 서로 들러붙지 않는다. 이 나노입자가 자석의 성질을 나타낸다. (NK)