탄소나노튜브에서는 온도가 의미를 잃어버린다는 연구결과가 나왔다고 8월 17일자 ‘네이처’ 온라인 뉴스가 보도했다.
영국 서레이대 오트윈 헤스 박사팀은 길이가 10μm(마이크로미터, 1μm=${10}^{-6}$m), 즉 종이 한장 두께인 탄소나노튜브에서는 열적평형상태를 만들 수 없다는 실험결과를 얻었다. 이는 나노튜브의 온도를 결정할 수 없다는 의미다. 원자의 수준에서 볼 때 온도란 물체를 구성하는 원자나 분자간의 열적평형상태가 이뤄졌을 때 측정된 값이기 때문이다. 예를 들어 컵 속에 들어있는 커피는 시간이 지남에 따라 식게 된다. 즉 커피의 열이 주위 공기로 흘러나간 것이다. 이 경우 커피의 어떤 지점에 온도계를 둬도 같은 온도를 보인다.
그러나 원자 하나를 놓고 보면 온도의 의미가 없어진다. 양자역학에 따라 원자의 에너지가 요동을 일으키기 때문이다. 이번 연구 결과는 이런 요동이 원자 수만개로 이뤄진 탄소나노튜브에서도 여전히 존재함을 의미한다. 즉 주위와 열을 주고받지 않은 상태에서도 측정 지점이나 시간에 따라 탄소나노튜브의 온도가 다르게 측정되는 것이다.
이 결과에 대해 대학화학교재 저자로 유명한 영국 옥스퍼드대 물리화학자 피터 아트킨스 박사는 “온도를 알 수 없다는 것은 계의 물리적 성질을 예측할 수 없다는 뜻”이라며 “이는 나노튜브가 전자소자로 쓰일 때 문제를 일으킬 수 있음을 시사한다”고 말했다.
이번 연구결과는 저명한 물리학 저널인 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 실릴 예정이다.
