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2000 노벨물리 - 화학상수상자들

물리학상 3인

알페로프	크뢰머	킬비
화학상 3인

히거	맥더미드	시라가와

IT 혁명 기초 닦은 알페로프-크뢰머-킬비

이들은 최근 부상 중인 정보통신분야의 기초기술을 닦은 연구자들이다.

러시아의 조레스 알페로프(70), 독일계 미국인 허버트 크뢰머(72)는 초고속고주파를 발생시키는 고속 트랜지스터와 초고속 광전자공학에 사용되는 이중접합구조를 개발하였다.
미국인 잭 킬비(73)는 집적회로(IC) 개발로 현대 정보통신의 정보량을 대폭 늘리는 데 기여하여 현대 정보기술의 토대를 마련하였다.
이들은 각각 최근 정보통신 기술 중 정보량(킬비)과 속도(알페로프와 크뢰머)를 높이는 데 기여한 것을 인정받아 공동으로 노벨물리학상을 수상하였다.
조레스 알페로프는 러시아 상트페테르부르크 소재 A F 요페 물리기술연구소 소장이고 허버트 크뢰머는 산타 바버라 소재 캘리포니아대 교수이고, 킬비는 미국 반도체회사인 텍사스 인스트루먼트사(사) 연구원이다.

현대사회에서는 점점 수많은 정보가 컴퓨터에서 광섬유를 통해 인터넷과 이동전화, 위성라디오 등을 타고 전 세계로 흐르고 있으며 이 같은 성과는 이들 3명의 과학자가 이룩한 발명 덕분에 가능해진 것이다.

스웨덴 왕립 과학아카데미는 “킬비가 없었다면 오늘날의 개인컴퓨터(PC)는 존재하지 않았고, 알페로프가 없었다면 위성을 이용한 정보전달과 현재 상용 중인 수많은 전화선을 확보할 수 없었을 것”이라고 하였다.

샌타 바버라 소재 캘리포니아대 교수인 허버트 크뢰머는 지난 63년 발표한 ‘고속 트랜지스터와 초고속광전자공학에 사용되는 이중접합구조 논문’을 인정받았다.

킬비 박사와 고 강대원 박사와의 인연

킬비 박사는 경우 지난 1960년 미국 벨연구소의 한국인 연구원이었던 고 강대원 박사와의 인연이 화제가 되었다.

고 강 박사는 벨연구소 연구원 시절 열산화법으로 실리콘 모스펫(Si-MOSFETs·고속 반도체와 부도체를 연결한 트랜지스터)을 성공적으로 개발, 2차원 전자기체의 실현에 중요한 한 걸음을 내디디며, 반도체소자의 역사 중 실리콘의 시대를 열었다. 최근 한국이 일본을 제치고 실리콘 금절반 전계효과 트랜지스터의 대표적인 응용소자인 기억소자 생산에서 미국과 양강구도를 형성하게 된 것도 모두 강 박사가 발견한 실리콘 모스펫 소자구조 때문이다.

이 때문에 킬비 박사는 평소 자신이 집적회로를 완성할 수 있었던 것은 강 박사의 실리콘 모스펫 연구 결과가 있었기 때문에 가능했다고 말했다고 한다.

전도성 고분자를 개발한 히거-맥더미드-시라카와 히데키

이들은 절연체인 고분자(플라스틱)에 전도성을 띠게 해서 컴퓨터의 크기를 크게 줄이고 속도는 늘린 물리화학자들이다.

전도성 고분자(전기가 흐르는 플라스틱)를 처음 발견한 미국인 캘리포니아대 알란 히거 교수(64)와 펜실베이니아대 알란 맥더미드 교수(73), 일본 스쿠바대 히데키 시라가와 교수(64) 등 3명은 2000년 노벨화학상을 공동으로 수상하였다.

전기적으로 절연체인 폴리아세틸란에 도핑처리방법으로 고분자물질이 금속같은 전도성을 띄게 해서 LED 등 발광고분자 개발에 큰 영향을 끼쳐다.

전도성 고분자는 최근 각광을 받고 있는 LED 등의 발광고분자물질의 재료가 된다.. 전도성 고분자는 정전기를 제거하는 데 많이 사용되며, 최근 컴퓨터 화면, 휴대전화 디스플레이 등 각종 산업에 활용되는 빈도가 늘고 있다.

노벨화학상 수상자 업적

2000년 노벨 화학상은 물리학상과 마찬가지로 현대생활과 밀접한 관련을 갖는 응용분야에 돌아갔다.

수상자인 시라카와 히데키(일본)와 미국의 앨런 히거, 맥더미드 박사 등 3명은지난 77년 플라스틱도 금속처럼 전기 전도가 가능하다는 것을 증명하고 실제로 전도성 고분자(합성수지)를 발명한 공로로 노벨 화학상을 공동 수상했다.

전도성 고분자는 아세틸렌 분자를 중합시켜 만든 것으로, 정전기 방지 물질에쓰이고 있으며 앞으로는 태양전지, 소형 TV 스크린 제작에 이용될 수 있을 것으로보인다. 또 컴퓨터 스크린의 보호장치와 빛의 세기에 따라 채광량이 자동 조절되는 스마트 윈도에도 응용된다.

이들은 일반적으로 절연체로 알려진 플라스틱이 정말로 전기를 전도할 수 있는지에 관심을 갖다가 아세틸렌 중합체에 요오드를 집어넣어 전기 전도도를 파격적으로 높일 수 있다는 점을 발견하였다.

시라카와교수는 도쿄 공업대 조교수로 있던 70년대 중반 ‘실수로’ 촉매제를 아세틸렌에 너무 많이 집어넣어 전도성이 커지는 것을 우연히 발견하고, 이후 세미나에서 만난 히거교수에게 이같은 사실을 설명하고 공동 연구에 들어갔다고 한다.

이들이 발명한 전도성 고분자는 아세틸렌 단위체들이 사슬처럼 붙어서 체인을형성한 것을 말하며 이 고분자가 전기전도를 하기 위해서는 단일결합과 이중결합이엇갈려 나타나고 탄소원자 사이에 전자나 양전자 홀을 만들어 주는 도핑이 형성돼있어야 한다. 시라카와 박사가 먼저 정규 배열을 한 폴리 아세틸렌를 중합해 내고 이어 그는히거와 맥더미드 교수와 함께 이 아세틸렌 중합체에 요오드를 집어 넣어 도핑을 시킴으로써 폴리 아세틸렌의 전도성을 획기적으로 높였다.

히거교수의 제자인 서울대 물리학과 박영우교수는 “80년대 부터 수상 후보 얘기가 나왔던 분야”라며 “이 연구는 분자수준 소자의 발전에도 간여돼 있고 앞으로는전도성 고분자를 이용해 트랜지스터나 다른 전자소자를 만들 수 있는 기초가 될 것”이라고 예상했다.

[시라가와 교수]노벨 화학상 받은 연구 뒷얘기

"전기 통하는 플라스틱 발견, 한국인 유학생 실수에서 출발"

위대한 발견은 흔히 우연에서 비롯되곤 한다. ‘전기가 통하는 플라스틱’을 개발, 2000 노벨 화학상 공동수상자로 선정된 시라카와 히데키(65) 일본 쓰쿠바대학 명예교수도 그랬다. 우연을 가장해 찾아온 ‘진리의 여신’을 놓치지 않고 낚아채 거대한 연구성과를 이뤄냈다.

그가 도쿄공업대학 조교수로 재직하던 70년대 초반의 어느 날이었다. 유기 고분자 합성실험을 하던중 돌연 은색의 광택을 내는 박막이 생긴 것을 발견했다. 정상적인 제법이라면 생겨서 안될 현상이었다. 조사 결과 한 대학원생이 착각으로 촉매를 1000배 더 많이 첨가했기 때문임을 알게됐다.

그냥 넘어갈 수도 있는 일이었다. 하지만 시라카와 교수는 박막이 금속적 특성을 띄고 있다는 사실을 놓치지 않고 원리를 파고들기 시작했다. 여기에 또 하나의 우연이 겹쳤다. 도쿄의 한 학회에서 비슷한 연구를 하던 알란 맥더미드 펜실바니아대 교수(노벨상 공동수상)와 조우한 것.

맥더미드 교수는 학회 휴게시간중 시라카와 교수의 얘기를 듣고 의기투합했다. 여기에 알란 히거 교수(캘리포니아대)가 가세, 공동연구를 거듭한 끝에 플라스틱에 불순물을 화학적으로 첨가하면 분자의 특성이 바뀌어 전도체로 변한다는 사실을 발견해냈다. 플라스틱은 전기가 통하지 않는다는 상식을 뒤엎은 혁명적 발견이었다.

3인이 개발한 전도성 플라스틱은 ‘현대판 연금술’로 불린다. 금속처럼 전기가 통하면서도 가볍고 신축적이면서 가공하기 쉬운 획기적 소재인 만큼 응용 분야는 무한하다. 휴대전화 전지나 소형TV 화면 등은 모두 이것을 소재로 쓴 제품들이다. 그 발견이 없었다면 디지털 혁명은 한참 뒤늦었을 것이라고 일컬어진다.

20여년 전 촉매를 잘못 투입했던 대학원생은 한국에서 온 유학생이었다고 시라카와 교수는 술회한다. 세기적 발견의 원인 제공자는 의외로 한국인이었던 셈이다. 하지만 일본에서 9번째 노벨상 수상자가 나오는 동안 한국은 단 한 명도 배출하지 못하고 있다.

노벨 화학상 수상자 3인의 주요 약력

<<앨러 J. 히거>>

▲1936년 미국 아이오와주 수(Sioux) 시티에서 출생
▲1961년 버클리 켈리포니아대(UC Brkly)에서 박사학위 취득
▲1962년 펜실베이니아대 부교수
▲1967-82년 펜실베이니아대 교수
▲1982년부터 현재까지 샌타 바버라 캘리포니아대(UC Santa Barbara) 교수 재직 동 대학 고분자 및 유기고체연구소 소장 재임
▲1983년 응축고체물리학분야 올리버 E. 버클리상 수상
▲1989년 존 스코트상 수상
▲1990년 유니액스(UNIAX)사 설립, 이사장 재직
▲1995년 스위스 신물질과학 발잔상 수상

<<앨런 G. 맥더미드>>

▲1927년 뉴질랜드 마스터톤에서 출생
▲1953년 미국 위스콘신대에서 박사학위 취득
▲1955년 영국 케임브리지대에서 박사학위 취득
▲1956년부터 현재까지 미국 펜실베이지아대 교수 재임
▲1988년부터 현재까지 펜실베이니아대 블랑샤르과학교수직 역임
▲1999년 미국화학회 재료화학상 수상

<< 시라카와 히데키 >>

▲1936년 일본 도쿄에서 출생
▲1966년 도쿄기술대(TIT)에서 박사학위 취득
▲1966년 쓰쿠바대 재료과학연구소 부교수
▲1982년부터 현재까지 쓰쿠바대 재료과학연구소 교수 재임

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