NEFC

독일의 물리학자. 주사형(走査型) 터널링 현미경(STM)을 개발하는 데 성공하였으며, 이 현미경은 그 동안 이론적으로만 추측되어왔던 각종 물체 표면의 미세구조, 유전자의 나선형 구조 등을 관찰하는 데 사용되며, 반도체회로 설계 등 산업계에까지 광범위하게 활용될 전망이다.

비니히는 프랑크푸르트에서 태어났으며 폐허에서 뛰어노는 것으로 어린 시절을 보냈다. 그의 가족들은 프랑크푸르트와 오펜바흐 두 도시에 번갈아가며 살았으며, 비니히도 두 도시의 학교를 모두 다녔다. 10살이 되었을 때 그는 물리학자가 되기로 결심했으나 곧 그것이 좋은 선택인지 생각하였다. 그는 밴드를 하면서 음악에 집중하였다. 또한 15살이 되던 해부터 교내 오케스트라에서 바이올린을 연주하기 시작했다.

비니히는 프랑크푸르트 대학교에서 물리학을 공부했으며1973년 학사 학위를 받았다. 그리고 에카르트 허니히의 지원을 받으면서 베르너 마르틴슨 그룹에 박사 학위를 받을 때까지 남았다. 1969년 그는 심리학자 로허 바클러와 결혼했으며 스위스에서 딸을 낳았으며 미국 캘리포니아에서 아들을 낳았다. 여가 시간에는 주로 독서와 수영, 골프를 하며 시간을 보냈다.

1978년 IBM으로부터 스위스 취리히에 있는 연구소로 오라는 제의를 받아들여 하인리히 로러와 크리스토프 게르버, 에드문드 베이벨과 함께 연구했다. 그들은 원자 수준에서 표면을 영상화하는 장치인 주사 터널링 현미경(STM)을 발명했다. 노벨상 위원회는 과학계에서 STM의 발명의 "영향을 완전히 새로운 분야인 물질의 구조를 연구를 가능하게 했다."라고 서술했다. STM의 물리적 원리는 IBM 팀이 개발하기 전부터 알려져 왔으나 비니히와 그의 동료들은 처음으로 이를 실행하는 것과 관련된 중요한 실험적 도전을 풀었다.

이 발견으로 IBM 취리히 팀은 독일 물리학상, 오토 클룽상, 휴렛 팩커드상, 파이살 국왕상 등 많은 상을 받았다. 1986년 비니히와 로러는 노벨상을 STM의 발명으로 노벨 물리학상을 공동 수상했다. 비니히와 게르버, 캘빈 콰트는 원자간력 현미경 개발을 시작했다. 1987년 비니히는 IBM 선임 연구원에 임명되었다.

1994년 비니히 교수는 2000년 상업 기업으로 바뀐 데피니언스(Definiens)를 설립하였다. 현재 전 세계의 기업과 장비들은 사진의 가치를 최대화하기 위해 데피니언스의 기술을 사용함으로써 더 좋은 결정을 내릴 수 있게 되었다. 데피니언스는 현재 생명과학과 지구과학에 초점을 맞추고 있다. 생명과학에서 데피니언스의 기술은 약의 발견과 발명, 진단 과정을 가속화하기 위해 사용되고 있다. 지구과학에서 데피니언스의 기술은 위성과 안테나 사진 판독 및 분석을 더 빠르고 더 정확하고 더 통찰력이 있을 수 있게 하고 있다.

취리히 뤼슐리콘에 있는 IBM 소유의 연구 시설인 비니히-로러 나노기술 센터는 비니히와 로러의 이름을 딴 것이다.

<공동수상>

하인리히 로러(Heinrich Rohrer, 1933~)
독일 태생 스위스의 물리학자.
1960년에 취리히에 있는 스위스 연방공과대학에서 박사학위를 취득하였으며, 1963년에 취리히에 있는 IBM 연구소의 연구원이 되어 공동 수상자인 게르트 비니히와 함께 주사 터널링 현미경을 설계하였다. 원자 수준에서 물질의 표면을 관찰할 수 있게 함으로써 합금 및 촉매 분야의 발전에 기여하였다.

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
물질의 기본구조에 관한 문제는 인류의 오랜 관심이었습니다만, 고대 그리스에서 비로소 과학적 탐구의 대상이 되었습니다. 이런 생각은 물질의 기본 구성 단위로서 원자 가설을 내세운 데모크리토스에서 정점을 맞게 되는데, 이 모든 것은 단지 생각일 뿐이었습니다. 그 후의 서구 과학기술은 이 문제를 실험적으로 연구할 수 있는 방법을 찾는 과정이었습니다.

첫 번째 돌파구는 현미경의 발명이었습니다. 생물학이나 의학에서 현미경의 중요성은 이론의 여지가 없지만 현미경이 물질의 본질적 특성을 연구할 수 있는 수단이 되지는 못했습니다. 그것은 현미경으로 볼 수 있는 미세구조의 크기에 한계가 있기 때문입니다. 대양의 파도가 작은 물체에는 전혀 영향을 받지 않고 방파제처럼 커다란 물체에만 영향을 받는 것처럼 빛으로는 극히 작은 물체의 상을 만들지 못합니다. 그 한계는 빛의 파장에 의해 결정되며 약 0.0005밀리미터가 그 한계입니다. 원자는 이보다 1000배 정도 더 작기 때문에 원자를 보기 위해서는 무언가 본질적으로 다른 새로운 것이 필요했습니다.

그 새로운 것이 바로 전자현미경이었습니다. 전자현미경은 적당히 만든 짧은 코일에 전류를 흘리면 렌즈가 빛을 굴절시키듯 전자를 굴절시키는 원리를 이용한 것입니다. 이 코일을 이용하면 전자들이 조사(照射)된 물체의 확대된 상을 만들 수 있으며, 이 상을 형광판이나 사진필름에 기록할 수 있습니다. 현미경에서 여러 개의 렌즈가 사용되듯이 전자현미경에서는 여러 개의 코일들이 사용됩니다. 빛보다 훨씬 짧은 파장을 가진 전자들을 사용하는 전자현미경은 따라서 훨씬 미세한 크기까지 관찰할 수 있습니다. 한스 부슈, 막스 놀, 그리고 보도 폰 보리스 같은 과학자들이 전자현미경의 개발에 큰 기여를 했습니다만, 그 정점에 있는 사람은 에른스트 루스카 교수였습니다. 그는 1933년 통상의 광학현미경보다 월등히 뛰어난 성능을 가진 최초의 전자현미경을 만들었습니다. 그 이후로 점점 더 성능이 뛰어난 장비가 개발되었으며, 이제는 많은 연구 분야에서 전자현미경의 중요성이 널리 알려져 있습니다.

현미경은 인간의 눈을 확장한 것이라고 할 수 있습니다. 그러나 시각만이 우리가 주변을 인식하는 유일한 감각은 아닙니다. 또 다른 감각으로는 촉감을 들 수 있습니다. 현대 기술로 촉감의 원리를 이용한 장비를 만들 수 있었습니다. 말하자면 일종의 기계 손가락 같은 것입니다. 그 손가락은 매우 미세한 바늘로 탐색하고자 하는 표면을 더듬습니다. 표면을 더듬어 지나가면서 바늘의 수직 방향 움직임을 기록하면, 일종의 표면형상을 얻을 수 있는데, 이것은 전자현미경에서 얻는 상과 원리상 동일합니다. 물론 이 방법은 현미경을 이용하는 것보다 더 거친 방법이고, 어느 누구도 이 분야에서 혁명적인 발전이 있으리라고 기대하지 못했습니다. 그러나 두 가지의 본질적인 개선으로 돌파구가 마련되었습니다.

이 중 가장 중요한 것은 바늘의 끝을 표면으로부터 매우 가깝지만 똑같은 거리를 유지해서 바늘과 표면의 기계적인 접촉을 막는 방법의 개발이었습니다. 여기에는 터널링효과를 사용합니다. 바늘 끝과 표면 간에 전압을 걸어 바늘과 표면 사이에 기계적 접촉은 없지만 거리가 충분히 가까우면 전류가 흐르게 만드는 것입니다. 이 전류의 크기는 거리에 매우 민감하기 때문에 서보시스템을 이용해서 바늘을 표면으로부터 매우 작지만 일정한 거리(보통 2~3원자 지름)만큼 떨어뜨려 유지시킬 수 있습니다. 또 다른 결정적인 개선은 바늘 끝에 몇 개의 원자만이 존재하는 극히 미세한 바늘을 만드는 것입니다. 이런 미세한 바늘 끝이 표면을 몇 개의 원자 지름만큼 거리를 두고 탐색하므로 표면의 미세한 원자구조를 기록할 수 있는 것입니다. 이것은 마치 우리가 극히 미세한 손가락으로 표면을 느끼는 것과 같습니다. 현미경에서 완전히 평탄한 것처럼 보이는 결정의 표면을 이 도구로 측정하면 원자들이 규칙적인 패턴을 가지고 구릉들을 만들어 놓은 넓은 들판처럼 보입니다.

러셀 영과 동료들이 이 아이디어를 구현하고자 시도했습니다만 실험적으로 많은 어려움에 봉착해 있었습니다. 이러한 어려움들을 해결해 낸 과학자가 게르트 비니히 박사와 하인리히 로러 박사였습니다. 문제는 어떻게 진동의 영향을 극복하며 시편의 표면 위로 매우 정밀하게 바늘을 움직이면서 수직방향의 거리를 기록하느냐 하는 것이었습니다. 얻어진 데이터는 컴퓨터를 이용해서 마치 표면 형상 이미지처럼 출력합니다. 이 방법은 전자공학 분야에서 대단히 중요한 결정체의 표면을 조사하는 데 적용되었으며, 표면에서 원자의 흡착에 관한 연구에도 활용되었습니다. 또한？DNA나 바이러스 같은 유기물의 연구에도 사용될 수 있었습니다. 이런 현미경의 발전 덕에 물질의 원자구조를 가시화하려는 고대로부터의 오랜 꿈을 실현할 수 있는 것처럼 보이기 시작했습니다.

루스카 교수님, 비니히 박사님, 그리고 로러 박사님.여러분의 선구적인 연구 결과는 현대 현미경의 기초가 되었습니다. 이제는 물질의 가장 작은 특성도 가시화할 수 있게 되었습니다. 이것은 물리학뿐 아니라 다른 과학 분야에서도 대단히 중요한 성과입니다. 스웨덴 왕립과학원의 따뜻한 축하의 말씀을 전하게 되어 기쁘고 영광스럽습니다. 이제 나오셔서 전하로부터 노벨상을 수상하시기 바랍니다.

- 스웨덴 왕립과학원 스벤 요한손