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노벨상인물

카를 알렉스 뮐러 K. Alex Muller

카를 알렉스 뮐러 [이미지]
TAG
IBM (아이비엠)
  • 작성 2016-06-08
  • 조회 3,344
  • 출생1950-05-16
  • 국적 스위스, 바젤
  • 분야물리학
  • 소속IBM 연구소
  • 출신대학취리히 연방 공과대학교
  • 주요업적고온 초전도체
  • 수상노벨 물리학상(1987)
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인물정보

카를 알렉산더 뮐러(Karl Alexander Muller, 1927년 4월 20일 ~ )는 1987년에 베드노르츠와 함께 고온 초전도체에 대한 연구로 노벨 물리학상을 받은 스위스의 물리학자이다.

1950년 5월 6일 스위스의 바젤에서 태어났다. 그가 태어나고 얼마 후 그의 가족은 그의 부친이 음악 공부를 하던 오스트리아의 잘츠부르크로 이사했고, 그와 그의 모친은 그의 조부모가 거주하던 스위스의 졸로투른 주로 이사했다. 얼마 후 그들은루가노로 이사했는데 이 지역은 이탈리아 어를 쓰는 지역이었기에 그는 이탈리아 어를 곧잘 할 수 있게 되었다. 그의 어머니는 그가 11세 때 사망했다. 1956년에 그는 결혼을 했고 1957년에 그의 아들 에릭이, 1959년에 딸 실비아가 태어났다.

그의 어머니의 사망 이후, 뮐러는 스위스 동부에 속한 그라우뷘덴 주의 복음주의 학교에 보내졌다. 그 곳에서 그는 1938년부터 1945년까지 7년을 공부했으며, 그로 인해 그는 제 2차 세계 대전 중에서도 중립국의 학생으로서 공부할 수 있었다. 그는 세계의 정세에 관련된 수업을 들었고 토론 수업에도 참여했는데, 이것은 그의 경력과 삶에 큰 영향을 주었다. 그는 전기공학에 뜻을 두고 취리히 연방 공과대학교(ETH)의 물리학과와 수학과에 지원했다. 그 곳에서 그는 그에게 깊은 영향을 준 볼프강 파울리에게서 강의를 듣게 되었다. 학사 학위를 받고 1년 동안 대형 아이도포어 디스플레이의 연구 부서에서 일한 그는 1957년 말에 논문을 발표했다.

그는 제네바의 바텔 연구소에 들어가 자기 공명 분야의 관리자가 되었다. 이 기간 동안 그는 취리히 대학교에서 강연을 하게 되었는데, 이것을 계기로 그는 1963년에 IBM 취리히 연구소에서 그가 은퇴할 때까지 일하게 되었다. 1982년에 그는 IBM의 선임 연구원이 되었다. 1972년부터 1985년까지 그는 물리학 분야의 관리자로서 일했다. 그는 뮌헨 공과대학교의 명예 박사 학위를 받았고, 1987년에는 노벨 물리학상을 받기 전에 이탈리아의 파비아 대학교에서 물리학 명예 학위를 받았다.

대학교에서 그는 G. Busch 교수 밑에서 반금속인 회주석에서의 홀 효과에 대해 연구했으며 대학원에 들어가기 전에는 대형 아이도포어 시스템에 대해 연구했다. IBM 연구소에서는 약 15년간 SrTiO3(티탄산 스트론튬)이나 회티탄석 화합물에 대해 연구했다. 그는 그것들에 다른 많은 금속 이온들이 첨가되어 나타내는 광색성, 그들의 화학적 결합, 강유전성, 구조적인 상전이인 임계점 및 뭇겹임계에 대해 연구했다.

1980년대 초반에 그는 고온에서 초전도 현상을 나타낼 수 있는 물질을 찾기 시작했다. 당시 초전도현상이 일어날 수 있는 임계 온도(최고 온도)는 23K으로 알려져 있었다. 1983년 그는 베드노르츠를IBM 연구소의 연구원으로 뽑아 자신과 함께 체계적으로 산화물에 대한 연구를 돕게 했다. 1986년그들은 란타늄 구리계 페롭스카이트(LBCO) 물질이 35K에서도 초전도 현상이 일어난다는 사실을 알게 되었다. 그로 인해 초전도 현상의 임계 온도는 12K 상승하게 되었다. 당시 기준으로서는 불가능할 정도로 높아진 온도였다. 그들은 1986년 4월에 이 연구 결과를 발표했다. 그 해에 도쿄 대학교의쇼지 다나카 교수와 휴스턴 대학교의 추칭우 교수는 독자적으로 이들의 연구를 증명해 주었다. 이 연구는 또 다른 고온 초전도체 연구에 영향을 주어 BSCCO(107K에서 초전도 현상) 및 추칭우 교수 등에 의한 YBCO(93K에서 초전도 현상)의 발견 등을 이끌었다.

1987년에 뮐러와 베드노르츠는 노벨 물리학상을 받았다. 이들의 수상은 연구 발표와 수상까지의 시간 간격이 노벨상 역사상 가장 짧았다.

<공동수상>

요하네스 게오르크 베드노르츠(Johannes Georg Bednorz, 1950~)
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.

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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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