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노벨상인물

요하네스 게오르크 베드노르츠 Georg Bednorz

요하네스 게오르크 베드노르츠 [이미지]
TAG
IBM (아이비엠)
  • 작성 2016-06-08
  • 조회 2,324
  • 출생1950-05-16
  • 국적 독일
  • 분야물리학
  • 소속IBM 스위스 연구소
  • 출신대학
  • 주요업적고온 초전도체
  • 수상노벨 물리학상(1987)
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인물정보

독일의 물리학자. 뮌스터 대학교에서 공부하였으며, 1982년에 취리히에 있는 스위스 연방공과대학에서 박사학위를 취득 하였다. 취리히에 있는 IBM 연구소 연구원이 되어 공동 수상자인 K. 알렉산더 뮐러와 함께 초전도 연구를 하였다. 산화물 재료인 세라믹 물질에서 초전도를 발견함으로써 금속에서만 초전도현상이 일어난다고 하는 기존의 견해를 뒤집었다.

게오르그 베드노르츠는 1950년 독일의 라인강의 북부지역에서 초등학교 교사인 아버지와 피아노 교사인 어머니 사이에서 넷째 아이로 태어났다. 세계 2차 대전 중 전쟁의 혼란으로 가족이 모두 뿔뿔이 흩어져서 생사를 알 수 없다가 전쟁이 끝난 다음에 감격의 재회를 한 가족이었기 때문에 게오르그의 부모는 서양 사람들로는 쉽지 않은 넷째로 게오르그를 낳은 것이다.

부모들은 게오르그를 음악가로 키우기 위해서 노력했지만 게오르그는 음악보다는 오히려 형들이 모터 싸이클이나 차를 수리하는 일을 들여다보는 일에 더 재미를 느꼈다. 초등학교를 다니는 동안 한 교사의 영향을 크게 받아 연극 같은 것에 흥미를 갖게 되어 협동심과 창조력을 키우는데 크게 도움이 되었다고 말하고 있다. 중학교 과정에서야 뒤늦게 고전 음악에 관심을 갖게 되었고 바이올린과 트럼펫을 열심히 연주하게 되었다. 과학에 대한 흥미는 물리학보다는 오히려 화학을 통해서 이루어졌다. 물리학은 이론적인 측면이 강한 반면 화학은 스스로 실험을 해 봄으로서 터득하게 하는데 더 재미가 있었다. 18살 때 뮨스터 대학(Muenster University) 화학과에 입학했다. 그러나 너무 많은 학생들이 몰려서 강의와 실험이 북적거려 매우 비인간적으로 느낀 그는 얼마 후 곧 물리학과 화학의 중간쯤에 위치하고 있는 결정구조학(Crystallography)으로 전공을 바꾸었다.

1972년 4학년 때 교수의 추천으로 스위스의 취리히에 있는 IBM 연구소와 3개월간 하계 연구학생으로 인연을 맺는다. 이것이 그에게는 평생의 길을 가는 계기가 되었다. 여기서 당시에 물리부장이던, 후에 노벨상 공동 수상자가 된 알렉스 뮐러를 만난다. 일하는 동안 그를 깊이 존경하게 되었다. 여러가지 결정성장법에 관한 것과 결정물질의 특성, 고체 화학 등에 관해서 공부했다. 연구소의 분위기는 매우 자유스러웠다. 학생도 자유롭게 연구 제목을 선택할 수 있었으며 실패에서 많은 것을 배울 수 있었고 주저함이 없이 자기 생각대로 나갈 수 있다는 소신도 얻게 되었다.

1973년, 1974년에도 계속해서 IBM 연구소에서 공부할 수 있는 기회가 주어졌다. 1977년부터는 취리히에 있는 스위스 연방 공과대학(ETH)의 고체물리학 연구소에서 박사과정을 밟았다. 여기서도 ETH의 교수를 겸임하고 있던 알렉스 뮐러 교수의 지도를 받을 수 있었다. 뮐러교수는 SrTiO3와 같은 Perovskite(회(灰)티탄석(石))에 관해서 오랫동안 관심을 가지고 있었으므로 박사학위 주제로서 이것을 다루도록 게오르그에게 권했다. 게오르그는 페로브스카이트(Perovskite) 형의 고체 용액의 결정성장, 구조, 그리고 유전체의 특성 등을 연구하여 박사학위를 받고 1982년 추리히의 IBM 연구소에 정식으로 입사를 했다. 1972년부터 시작한 인연이 10년만에 정식으로 맺어진 것이다.

그가 초전도 현상에 관심을 가지게 된 것은 알렉스 뮐러의 권고도 있었지만 1973년 이래로 금속간 화합물로서는 23.3 K 이상의 초전도체가 발견되지 않은데도 이유가 있었다. 여러가지 노력을 했지만 1985년까지는 별로 큰 성과는 얻지 못하고 있었다. 그러나 Ba-La-Cu 산화물이 영하 100도와 실온 사이에서 Perovskite 구조를 가지며 금속과 같은 전기전도도를 보인다는 것을 알게 된 이후로 일은 급진전되었다. 여러 가지 조성을 바꾸어 본 결과 Ba-La- Cu-O 계열에서 초전도 현상을 보이며 초전도를 보이는 천이 온도 Tc가 급격히 올라간다는 것을 알게 되었다.

그렇게 1987년 게오르그와 뮐러의 세라믹 초전도 물질의 발견으로 노벨 물리학상을 수상하였다. 세라믹 초전도체의 발견은 현상 자체도 물리학적으로 매우 흥미 있는 것이지만 실용적으로도 과학기술에 혁명을 가져올 정도로 중대한 것이었다. 즉 전기 저항이 없어지는 전기 기기들을 만들 수 있게 되었다. 초전도 물질로 만든 송전선은 중간 손실을 없애주고, 전기에너지를 아주 효율적으로 저장할 수 있으며 전기모터를 사용하는 모든 수송기기와 가전제품들의 사용 전기량을 획기적으로 감소시킬 수 있게 된다. 과히 제2의 산업혁명이 일어날 수 있는 계기가 될 수 있기다. 그러나 지금까지 실용적인 초전도체가 발견되고 있지 않다. 그러나 베드노르츠와 뮐에 의한 발견은 이 가능성을 획기적으로 높였다는데 큰 의미가 있다.

<공동수상>

카를 알렉산더 뮐러(Karl Alexander Muller, 1927~)
스위스의 물리학자.
1958년에 취리히에 있는 스위스 연방공과대학에서 박사학위를 취득 하였으며, 1963년에 취리히에 있는 IBM 연구소의 연구원이 되었다. 이후 공동 수상자인 게오르크 베드노르츠와 함께 초전도 연구를 하였다. 1982년에는 IBM 연구소 특별연구원이 되었다. 초전도 현상의 연구와 개발에 새롭고 성공적인 방법을 제시함으로써 물리학 분야뿐만 아니라 초전도체를 이용하는 전기 산업 등의 분야의 발전에도 기여하였다.

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
올해의 노벨 물리학상은 게오르크 베드노르츠 박사와 알렉산더 뮐러 교수에게 세라믹 물질에서의 초전도성에 대한 중요한 돌파구를 연 공로로 수여되겠습니다. 이 발견은 채 2년이 되지 않은, 최근에 이루어진 발견이지만 전례없이 전 세계적인 연구와 개발의 자극제가 되었습니다. 올해의 노벨 물리학상 수상의 연구 주제는 저항에 의한 손실없이 전기를 전달할 수 있으며 자신으로부터 자기력선을 밀어내는 초전도체에 관한 발견입니다.

상식적으로 생각하면 움직이는 물체는 마찰의 형태로 저항을 느끼게 됩니다. 저항은 유용할 때도 있지만 종종 원치 않는 경우도 있습니다. 만약 마찰이 없어 속도가 줄어드는 효과가 없다면, 연료를 아끼면서도 먼 거리를 이동하려면 자동차가 원하는 속도에 도달했을 때 엔진을 꺼도 됩니다. 마찰이 없는 자동차는 관성으로 무한한 거리를 일정한 속도로 움직일 수 있습니다. 전류는 전도체에 많은 수의 전자가 통행하는 것이라고 생각할 수 있습니다. 전자는 원자들 사이에서 서로 떠밀고 떠밀리는 상황에 있습니다. 이 상황에서 전자는 저항을 느끼지 않으면서 이동할 수 없습니다. 그 결과 에너지의 일부분은 열로 전환됩니다. 때로는 열판 또는 토스트기처럼 열이 필요한 경우도 있지만 전력이 만들어지고 분배되어 전자석이나 컴퓨터 또는 다른 많은 기기에 사용될 경우 에너지가 열로 전환되는 것은 좋지 않습니다.

네덜란드 과학자인 하이케 카메를링 오네스는 1913년 노벨상을 수상했는데, 1911년에 그는 고체 수은에서 전기저항이 완전히 사라지는 놀라운 현상을 발견했습니다. 초전도현상이라 불리는 이 현상은 다른 금속과 합금에서도 관찰되었습니다. 왜 초전도성과 같이 에너지를 아낄 수 있는 성질이 광범위하게 응용되지 않았을까요? 그것은 초전도현상이 매우 낮은 온도에서만 관찰되었기 때문입니다. 초전도현상은 수은의 경우 절대온도 0도보다 겨우 4도 높은 영하 269도에서 발견되었습니다. 다소 더 높은 온도에서의 초전도성은 다른 합금들에서 계속 관찰되었습니다. 그러나 1970년대에는 이런 온도의 상승도 절대온도 23도에서 정지하는 것처럼 보였습니다. 절대온도 23도와 같은 낮은 온도에 도달하기 위해서는 많은 노력과 비용이 필요합니다. 에너지 손실없이 전기를 수송할 수 있을 것이라는 꿈은 단지 특별한 경우에서만 실현되는 것처럼 보였습니다.

또 다른 놀라운 현상이 초전도현상의 임계온도 근처까지 물질을 냉각시킬 때 발견되었습니다. 인접한 자석에 의한 자기장은 초전도체로부터 밀려나왔고, 그 결과 자석은 공중에 떠 있을 수 있었습니다. 그러나 부양된 자석에 의한 마찰이 없는 기차라는 꿈은 큰 규모에서는 실현될 수 없었는데 그 이유는 공중 부양에 필요한 온도가 너무 낮았기 때문입니다.

베드노르츠 교수와 뮐러 교수는 수 년 전 초전도성을 나타내는 합금이 아닌 다른 물질을 탐색하는 연구를 시작했습니다. 그들의 새로운 접근법은 지난해 초 성공을 거두었습니다. 란타늄-바륨-구리 산화물로 이루어진 세라믹 물질에서 저항이 0으로 갑자기 떨어지는 현상을 발견했습니다. 놀랍게도 경계온도는 이전에 존재하던 어떤 물질보다 50퍼센트 이상 높았습니다. 초전도성의 확실한 표지라 할 수 있는 자기력선을 밀어내는 현상도 그 다음 논문에 수록되었습니다.

많은 전문가들이 훈련받은 내용을 통해 자신들이 제어하는 기존의 연구 주제를 고수할 때 다른 많은 수의 과학자들이 새로운 연구 분야에 뛰어들었습니다. 높은 온도에서 초전도성을 나타내는 새로운 세라믹 물질들이 합성되었으며, 초전도성을 얻기 위해 온도를 낮추는 것은 이제 아주 간단한 일이 되었습니다. 전 세계에서 새로운 결과들이 국제적인 학술지에 쏟아져 이제는 이 상황을 따라가기도 힘들 정도가 되었습니다. 초전도체의 많은 가능성들에 대한 기대를 가지고 연구위원회, 산업체 그리고 정치인들이 개발이 쉽지 않은 초전도체에 대한 연구를 장려하기 시작했습니다.

과학자들은 전자의 흐름에 대한 저항이 없는 상태가 어떻게 가능한지, 그리고 어떤 자연의 법칙에 따라 전자가 흐르는지를 찾기 위해 노력하고 있습니다. 존 바딘, 리언 쿠퍼, 그리고 로버트 슈리퍼 삼총사는 30년 전 오래된 유형의 초전도체를 설명할 수 있는 해법을 발견하여 1972년 노벨 물리학상을 수상했습니다. 새로운 물질에서의 초전도성은 이 분야에서의 과학적인 논쟁을 다시 시작하게 하였습니다.

베드노르츠 박사님, 그리고 뮐러 교수님.여러분은 획기적인 업적으로 초전도현상의 연구와 개발에 새롭고 성공적인 방법을 제시하였습니다. 또한 두 분이 개척한 이 분야에 많은 과학자들이 현재 활동하고 있습니다.

스웨덴 왕립과학원을 대표해 심심한 축하의 말씀을 드립니다. 이제 국왕 전하로부터 노벨상을 수상하시기 바랍니다.

- 스웨덴 왕립과학원 괴스타 엑스퐁

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자료출처
[네이버 지식백과]세라믹 물질에서 초전도의 발견(당신에게 노벨상을 수여합니다.| 노벨 물리학상, 2010. 1. 18., 바다출판사)

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