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TAG: MPI (막스플랑크연구소)

작성 2014-09-18
조회 2,568

출생1906-12-25, 독일 하이델베르크
국적 독일
분야물리학
소속프리츠하버연구소 전자현미경연구소장
출신대학베를린공과대학교 대학원박사
주요업적전자광학의 기초연구 및 세계 최초 전자현미경 설계
수상노벨 물리학상 (1986)

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인물정보

독일의 물리학자. 20세기의 가장 중요한 발명 중 하나로 꼽히는 전자현미경을 최초로 개발했다

1906년 12월 25일 독일 하이델부르크에서 태어났다. 1931년 전기 기술자 자격을 받은 후 베를린에 있는 뮌헨공과대학과 베를린공과대학에서 박스 콜론 지도하에 전자공학을 전공했다.. 1933년 베를린공과대학에서 박사학위를 받은 후 지멘스사(社)에서 근무했다. 이 시기에 그와 콜론은 전자 현미경의 초기 버전을 연구하였고, 루스카는 동시에 수상관 기술을 계발하는 베를린의 프렌시 단체에 고용된다. 그는 전자 기술자로써 지맨스와 연구하기 위해 그곳을 떠나고 동시에 베를린 기술 대학교에서 강의를 한다.

1920년대의 베를린공과대학 시절부터 전자현미경 연구에 착수했으며, 1953년 20세기의 가장 중요한 발명 중 하나로 꼽히는 전자현미경을 최초로 개발했다. 즉 전자(電子)를 대상물에 발사해서 거기에서 반사 또는 투과된 입자의 자취로 물체의 상을 만드는 전자현미경 개발에 성공함으로써, 이전의 광학렌즈로는 극복할 수 없었던 마이크로 세계를 개척했다. 전자현미경은 물리학뿐만 아니라 생물학 ?의학 전반에 큰 기여를 했다. 1955년 이후에는 막스플랑크연구소 산하의 프리츠하버연구소에서 전자현미경연구소장으로 근무했고, 1959년부터는 동 연구소의 연구교수로 일했다. 1986년 전자광학의 기초연구 및 세계 최초로 발명한 전자현미경은 물리학을 비롯 생물학, 의학 전반에 기여하였다. 이 공로로 G.비니히, H.로러와 함께 노벨물리학상을 수상했다.

노벨 상과 더불어 루스카의 연구는 1975 년에 런던에서 물리학 연구소의 1939 년 프랑크푸르트 대학의 Senckenberg 상, 1960 년 L asker 수상하고, Duddell 메달과 상을 수상했다. 그는 또한 키예프 대학, 모데나 대학, 베를린 자유 대학, 토론토 대학에서 명예 박사 학위를 받았다.

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시상연설

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

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