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초전도 재료로 각광받고 있는 ${C}_{60}$에 이어 N원자 60개가 결합한 새로운 분자 물질이 탄생할 것 같다.

일본 공업기술원과 닛산자동차연구소의 공동연구그룹은 슈퍼컴퓨터를 사용한 시뮬레이션에 의해 질소원자 60개가 결합한 ${N}_{60}$이 안정하게 존재한다는 사실을 확인했다.

${N}_{60}$이 가능하다면 그 결합력을 이용, 고성능 폭약이나 연료재료로 각광받을 것이다.

질소원자끼리 결합한 분자로서 천연적으로 안정하게 존재하는 것은 공기의 80%를 이루고 있는 ${N}_{2}$뿐이다. 연구팀은 질소원자 4개의 피라미드형으로부터 6개 8개 20개 등의 분자 구조가 가능한지를 살폈다. 그 결과 ${N}_{60}$이 안정하다는 것을 확인했고 70개가 결합한 ${N}_{70}$도 안정적으로 존재한다는 사실을 밝혀냈다.

해석에 사용된 방법은 분자의 전자 상태를 양자역학적으로 계산하는 분자궤도법. 전자 하나하나에 대해 그 결합의 조건이 만족된다면 분자가 안정하다고 판단한다. 거칠게 표현한다면 원자를 조립해보아서 전자가 서로 배척하지 않고 어울리면 분자가 가능하다고 보는 것이다.

이번의 경우 슈퍼컴퓨터가 질소 60개의 결합상태를 방대하게 계산해낸 것이다. ${N}_{60}$은 ${C}_{60}$과 마찬가지로 축구공 모양. 약간 찌그러진 형태도 존재하나 계산의 조건을 변화시키면 완전한 축구공으로 변화시킬 수 있다.

${N}_{60}$은 분자 가운데에 에너지를 저장하고 있어 결합이 파괴돼 ${N}_{2}$로 될 때 많은 에너지가 방출된다. 질소화합물은 불안정해 분해되기 쉽다. 니트로글리세린이나 트리니트로글리세린(TNT) 등 고성능 폭약으로 이용되고 있는 거의가 질소화합물이다.

"${N}_{60}$을 폭발시켰을 때(물론 컴퓨터 상에서) 방출되는 에너지는 TNT의 2-3배인 것으로 계산됐다. 또 로켓에 사용되는 고체추진제에 ${N}_{60}$을 혼합하면 추진기능이 대폭 향상될 것"이라고 마쓰나가 주임연구원은 밝혔다.

문제는 합성방법. 질소를 극저온으로 냉각하든가 초고압을 가해서 액체 또는 고체상태로 만들고 여기에 레이저빛을 쪼여주는 방법이 유력한 것으로 드러났다. 그러나 지금까지의 결과는 시뮬레이션 상태에서의 연구결과이므로 현실에서 어떤 문제가 발생할지는 미지수다.