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노벨상인물

루이 네엘 Louis Neel

루이 네엘 [이미지]
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CNRS (국립과학연구센터)
  • 작성 2014-12-01
  • 조회 2,174
  • 출생11/22/1904
  • 국적 프랑스
  • 분야고체 물리학
  • 소속프랑스국립과학연구센터(CNRS)
  • 출신대학에콜 노르말 쉬페리외르, 스트라스부르 대학교
  • 주요업적반강자성과 소멸되는 온도점을 발견
  • 수상노벨 물리학상(1970)
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인물정보

프랑스의 물리학자. 반강자성과 그것이 소멸되는 온도(네엘점)를 발견하고 이를 부분격자이론으로 설명하였다. 준강자성 개념 도입, 페라이트(ferrite)의 강자성 연구 등 자성분야에서 많은 업적을 남겼다.

2차 세계대전 후 프랑스 물리학계에 저명한 인물인 루이네엘은 2000년 11월 14일 95세의 나이로 별세하였다. 1946년 프랑스 국립 과학 연구 센터의 연구소 관리자가 되었으며, 1954년부터 1970년까지는 그레노블 공과대학교의 관리자 직을, 1970년에는 연구소장 직을 맡았다. 1956년부터 1970년까지는 그르노블 핵물리학 센터의 관리자였다. 1949년부터 1969년까지는 프랑스 국립 과학 연구 센터(CNRS)의 위원으로, 1952년부터는 프랑스 군의 과학 고문으로, 북대서양 조약 기구 과학 위원회의 프랑스 대표자로 있었다. 1970년대 중반 그가 은퇴할 때 까지, 프랑스의 그레노블을 유럽 과학 연구센터로 활성화 시킨다. 그레노블은 이제 거대한 핵 센터, 일류의 기술 대학교, CNRS의 특화된 연구실, 하이플럭스 중성자 그리고 유럽 싱크트론 방사선 소를 소장하고 있다. 이 모든 것은 네엘이 세우고 감독하였으며 추진한 것이다.


공무원의 아들이었던 네엘은 어릴 적 그의 아버지의 직책에 따라 프랑스 전역에서 북아프리카 까지 이사를 자주 다녔고, 프랑스 남동부 도시 리용으로 돌아오기 전까지 프랑스 국립 사범학교(Ecole Normal Sup?rieur: ENS) 입학시험을 준비하였다. 에콜 노르말 쉬페리외르에서 공부한 그는 졸업하던 해인 1928년에 그 곳의 시간 강사가 되었다. 1932년 스트라부르크 대학교에서 박사학위를 받았고, 1937년부터 1945년까지 그곳에서 과학 교수로 임용되었고, 네엘은 자성에 대해 연구를 시작한다. 1939년 전쟁에 참전하여 독일군 자기 기뢰에 대항하여 프랑스 함대의 방어하는 일을 하였으며, 상쇄방어라는 효과적인 새로운 방법을 발명한다.


1940년 휴전협정 이후, 그는 그레노블로 가서 전기 메탈 물리학 연구소를 설립하고 1946년 CNRS의 부속 연구소 중 하나로 성장한다. 이 연구소는 빠르게 확장되었고 새로운 연구시설들에 상승에 영향을 주었으며 현재 250명 넘는 직원들을 보유하고 있으며 다양한 연구를 수행하고 있다. 물리학 뿐 아니라 생물학에서 응집 물질 연구를 위해 대형 시설의 중요성과 그레노블에 자기장 필드, 중성자 산란, 싱크트론 방사선 같은 세계적 규모의 시설이 도입될 것을 예견했다. 1956년 루이 네엘은 프랑스 원자 에너지 위원회의 일원으로써 설립하였고 그 뒤에 계발하였다. 또한 그는 독일-프랑스 하이 플럭스 원자로를 설치하는데 기여한다. 독일과 프랑스의 협력은 이 사업을 발전시켜 나가기에 중요한 부분 이였고, 유럽 통합 과정의 축소판 이였다.


수많은 그의 공헌은 특히 컴퓨터의 메모리 단위에서 많은 응용법을 발견했다. 1930년경에 그는 강자성체의 반대 개념으로, 자기장의 새로운 성질인 반강자성체를 제안했고, 네엘 상태가 되면 반강자성이 사라진다는 것도 밝혀냈다. 그는 1947년에 페라이트가 강자성을 띌 수도 있다는 사실을 지적했다. 또한 그는 평범한 암석도 약한 자기력을 띈다는 사실을 밝혀내어 지구의 자기장에 관한 연구를 가능케 했다. 고체의 자기력에 대한 연구로 1970년에 한네스 알벤과 함께 노벨 물리학상을 받았다.


네엘은 한 세기 물리학 기록을 담은 책을 출판하였다. 그의 국한된 여정에서 그를 독려해준 외국인 동료뿐만아니라 20년 동안 프랑스에서 대표했던 NATO화학 커뮤니티와 그의 성과에 대해 독특한 평가를 담고 있다.

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.

태양으로부터 아주 뜨거운 바람이 붑니다. 너무나 뜨거워서 그속의 원자들이 전기전도성을 띤 입자인 전자와 이온들로 쪼개질 정도입니다. 그것들이 지구 자장의 영향을 받아 끌려오면서 전자들이 북해 상공의 자력선상에 오로라를 만들어 냅니다. 이 태양풍은 전기전도성을 가진 가스인 플라스마의 한 종류입니다. 지난 50년간의 연구를 통해 이 독특한 특성의 전도성 가스는 흔히 알려진 물질상태인 고체, 액체, 기체가 아닌 제4의 상태로 밝혀졌습니다. 플라스마는 우주에 존재하는 물질의 가장 일반적인 상태로서 태양과 행성들의 탄생 초기에 가장 중요한 물질상태였으며, 지금도 우주공간과 핵융합로, 그리고 용접장치 속에 존재합니다.

알벤 교수는 플라스마가 우주공간에서도 자기장을 수반한다는 근본적인 아이디어를 오로라의 설명에 도입했습니다. 이 과정에서 알벤 교수는 플라스마의 움직임이 자기장에 따라 변하는 현상을 연구하기 시작했습니다. 자기장은 양전하와 음전하를 반대 방향으로 움직이게 하며 전류를 발생시킵니다. 이들 전류들의 상호작용으로 기계적 힘이 발생하는데, 이것이 플라스마의 방향과 속도를 완전히 변화시킬 수 있다는 것입니다. 특히 알벤 교수는 지금까지는 의심의 여지가 없는 자장-유체역학의 파동, 이른바 알벤파동의 존재를 발견하였습니다.

천체물리학에서 알벤 교수는 자기력장의 도입과 자장-유체역학을 응용하여 지대한 기여를 했습니다. 그의 연구 이전에는 이러한 힘들을 고려하지 않았습니다. 그러나 그의 연구 결과 이런 힘들이 천체물리학의 문제들에 광범위하게 적용되기 시작했는데, 특히 행성과 위성의 생성을 포함하는 태양계의 발전 단계를 연구하는 데 널리 적용되었습니다. 그는 태양으로부터의 유체-자장파동이 자기력선을 따라 흐르며 그 파동이 태양계 생성 초기에 회전에너지를 행성들에게 전달했다는 아이디어로 태양의 회전과 행성 궤도의 규칙적인 패턴을 잘 설명할 수 있었습니다.

또한 자장-유체역학은, 태양과 행성계의 생성 과정을 논의하는 데 플라스마 구름의 중심체가 매우 중요하며, 우주장과 반응하며 상대적으로 움직이는 전자와 이온으로 구성된 플라스마의 안정조건을 이해하는 데에도 중요합니다. 이것은 초신성 폭발과 최근 은하의 중심에서 관찰된 강력한 폭발과도 연계되어 있어 지대한 관심을 끌고 있습니다.

플라스마의 물리적 특성을 명확하게 밝힌 알벤 교수의 기여는 매우 컸습니다. 특히 중요한 것은 핵융합 연구에 기초가 된 연구들이었습니다. 이 연구들은 어떻게 핵융합반응기를 만들 수 있는지를 보여 주었습니다. 수백만 도의 플라스마를 자기장 안에 가두어 둔다는 것은 자기력의 고정선에 관한 알벤 교수의 개념과 관련되어 있습니다. 병 속을 흐르는 플라스마는 결코 파동이 깨지듯 붕괴하지 못합니다. 알벤 파동의 특성을 이해함으로써 안정성을 가진 전류를 찾아내는 데 큰 도움이 되었습니다.

알벤 교수님.

교수님은 자장-유체역학을 창안하였습니다. 교수님이 중요한 역할을 한 이 분야의 발전은 여기 지구상에서뿐 아니라 우주 전체의 규모에서 이 새로운 물리 분야의 중요성을 보여 주었습니다. 왕립과학원을 대표하여 교수님의 노벨상 수상을 축하하게 되어 대단히 기쁩니다.

2000년 전 중국에서 철 조각을 자철광으로 문질러 최초의 자석 나침반을 만들었습니다. 나침반은 언제나 많은 사람들을 놀라게 합니다. 어린아이들은 남북의 축으로 바늘을 정렬하는 보이지 않는 힘이 무얼까 궁금해 합니다. 한편 과학자들은 자성과 관련하여 물리학의 매우 어려운 문제 중 하나에 직면하게 됩니다. 자성이 세 종류의 상태로 존재한다는 것은 오랫동안 알려져 있었는데, 그 각각을 반자성, 상자성, 그리고 강자성이라고 합니다. 앞의 두 가지는 원자의 단위자석이 자기장에서 각기 독립적으로 행동하는 경우의 자성상태입니다. 그러나 이보다 수 배 강한 강자성에서는 단위자석들이 무리지어 정렬하는데 그 물리현상을 이해하는 것이 대단히 어려운 과제였습니다.

자성현상을 처음으로 설명하려 했던 과학자는 암페어였습니다. 그는 단위전류 가설을 이용하여 자성을 설명하고자 했습니다. 1907년 피에르 바이스는 무언지는 모르지만 단위자석들을 정렬하는 힘이 존재해야 한다는 것을 발견했습니다. 1911년의 박사학위 논문에서 닐스 보어는 자성이 전하의 고전적인 운동에 기인하는 전류 때문에 생길 수 없으며, 완전히 새로운 어떤 것이 필요하다고 제안했고, 1928년 하이젠베르크에 이르러 원자에 관한 새로운 개념을 이용하여 강자성을 일으키는 정렬구동력을 정성적으로 설명할 수 있게 되었습니다. 1932년 이들 세 종류의 자성에 4번째의 새로운 자성인 반강자성을 추가한 사람이 넬 교수입니다. 그는 어떤 결정체에서는 인접하는 단위자석들이 서로 반대 방향으로 정렬한다는 것을 발견했습니다. 이것은 단위자석들이 모두 같은 방향으로 정렬하는 강자성 물질과는 정반대의 상태입니다. 넬 교수는 바이스가 가정했던 힘의 변형된 상태가 존재한다는 것을 추론하였으며, 동일한 자장이 반대로 작용하는 두 개의 결정이 얽혀 있는 반강자성 물질의 모델을 제시했습니다. 그는 반강자성이 고유의 특징들을 가진 정돈된 상태이며 넬 온도라고 알려진 온도 이상에서 이 상태가 사라진다는 것을 보였습니다. 이런 점에서 넬 온도는 큐리 온도와 유사합니다. 고체물리학의 다른 중요한 현상들도 넬의 모델로 설명할 수 있었습니다.

1948년 넬 교수는 또 하나의 근본적인 발견으로 마그네타이트처럼 페라이트 재료에서 관찰되는 강자성을 설명해 냈습니다. 그는 그가 사용한 모델을 더욱 일반화하여 결정격자들이 다른 강도의 자성을 가질 수 있으며 외부에 전기장을 형성할 수도 있다는 가정을 했습니다. 그는 3개의 철원자와 4개의 산소원자를 가진 마그네타이트에서 철원자 2개의 효과는 서로 상쇄되지만, 세 번째 원자가 자기장을 만든다는 사실을 발견했습니다. 놀랍게도 중국인이 최초의 나침반을 만들 때 사용했던 물질이 이러한 마그네타이트였는데, 사실은 강자성 물질이 아니라 넬 교수가 붙인 이름인 페리자성 물질이었던 것입니다. 넬 교수는 새로운 합성 자성물질의 거동을 정확히 기술할 수 있었고, 따라서 이상한 현상들을 설명할 수 있었습니다. 이런 개발은 컴퓨터 기억소자나 고주파 기술에 대단히 중요합니다. 이외에도 넬 교수는 자기도메인 이론과 작은 입자 내의 효과인 초상자성 현상을 발견하는 등 많은 기여를 해왔습니다.

넬 교수님.

지금까지 저는 자기현상의 연구에 위대한 프랑스의 전통을 이어받은 교수님의 주요 연구업적을 말씀드렸습니다. 특히 현대 자성이론의 중요 개념인 반강자성과 페리자성에 관한 교수님의 발견을 강조하고자 합니다.

교수님께 왕립과학원의 축하 말씀을 전하게 되어 대단히 영광스럽고 기쁩니다.

알벤 교수님, 넬 교수님. 이제 나오셔서 전하로부터 노벨상을 받으시기 바랍니다.

스웨덴 왕립과학원 토르센 구스타프손

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자료출처
www.cnrs.fr/.google, wikipedia, naver, Nobelprize.org

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