NEFC

미국의 물리학자. 고체물리의 이론, 특히 자성과 초전도 부문에 업적이 많다. 금속의 국재자기(局在磁氣)모멘트와 비정질물질(非晶質物質)의 전기전도이론으로 노벨물리학상을 수상하였다.

1923년 미국 인디애나주에서 태어나 일리노이주 아배너에서 자란 필립 W 앤더슨은 77년 ‘자기적 성질과 비결정 물질의 물성에 관한 연구’로 노벨물리학상을 수상한 고체 물리학계의 대부이다. 1949년부터 1984년까지 뉴저지에 위치한 벨 연구소에서 응집물질물리학에 관해 폭넓고 다양한 연구를 했고 오늘날 앤더슨 국부화라고 불리는 효과를 발견했다. 이것은 응집 물질 물리에서 전자의 전도성과 파를 설명하는 물리적 현상인데 이 새로운 연구는 칩 규모의 광 결정 매체에서 횡앤더슨 국부화를 최초로 설명한 것이다.

1967년에서 부터 1975년 까지 앤더슨은 캐임브리지 대학 이론물리학 교수로 재직했으며 1977년 앤더슨은 컴퓨터에 장착된 메모리 장치와 전자교환의 개발을 가능하게 만든 무질서계와 자성의 전자 구조에 관한 연구로 노벨 물리학상을 수상하였다. 함께 연구했던 네빌 모트 프랜시스(Nevill Francis Mott)와 존밴 블렉(John Van Vleck)과 공동 수상하였다.

그가 72년 과학잡지 ‘사이언스’에 발표한 ‘많은 것은 다르다(more？isdifferent)’라는 짤막한 글은 큰 반향을 일으켰다. 근본물질과 힘을 연구하는 소립자물리학이 통일이론을 완성하면 자연과학의 모든 부분을 통일적으로 이해할 수 있다는 환원주의적 입장을 정면으로 공격한 것.

75년부터 프린스턴대 물리학 교수를 맡은 그는 84년에는 머리 겔만(69년 노벨물리학상), 케네스 애로(72년 노벨경제학상)와 같은 석학들과 함께 자유롭고 학제적(學際的)인 연구를 위해 샌타페이 연구소의 창립회원으로 참여했다.

<공동수상>

네빌 프랜시스 모트(Nevill Francis Mott, 1905~1996)
영국의 물리학자.
케임브리지 대학교 브리스틀 및 세인트 존스 칼리지 등에서 수학과 이론물리학을 공부하였다. 1929년부터 맨체스터 대학교에서 강의하였으며, 1933년에 브리스틀 대학교의 이론물리학 교수로 임용되었다. 1948년에 같은 학교의 물리연구소 소장이 되었으며, 1954년부터 1971년까지는 케임브리지 대학교 케번디시좌 실험물리학 교수로 재직하였다. 1962년에 기사작위를 받았다.

존 해즈브룩 밴블렉(John Hasbrouck van Vleck, 1899~1980)
미국의 물리학자이자 수학자.
위스콘신 대학교에서 공부하였으며, 1922년에 하버드 대학교에서 박사학위를 취득하였다. 미네소타 대학교와 위스콘신 대학교 등에서 강의한 후 1945년에 하버드 대학교의 교수로 임용되어 1969년까지 수학, 물리학, 자연철학 교수로 재직하였다. 그들이 수행한 국소적인 범위에서의 물질의 자기적 성질에 관한 연구는 현대 물리학 분야는 물론이고 기술적인 발전에도 기여하였다.

자기 시스템과 불규칙 시스템의 전자구조

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
올해의 노벨 물리학상은 자기계와 무질서계의 전자구조 이론에 근본적인 기여를 한 공로로 필립 앤더슨 박사, 네빌 모트 경, 존 밴블렉 교수에게 수여됩니다.

모든 물질은 양과 음의 전기로 구성되어 있습니다. 양의 전기는 원자핵에 모여 있는 무거운 입자들에 의해 나타나고 음의 전기는 핵 주위를 놀라운 패턴으로 움직이는 전자에 의해 나타납니다. 전자들은 항상 양성자에 끌리는 힘을 받지만 전자 자신의 움직임으로 인해 붙들기 힘듭니다. 전자들의 춤은 기본적으로 물질의 전기적, 자기적, 그리고 화학적 특성을 나타내는 원인이 됩니다.

1937년 노벨 생리의학상 수상자인 알베르트 센트죄르지는 살아 있는 세포에서 일어나는 화학적인 과정을 생체분자라는 무대에서 배우로 활동하는 전자의 거대한 드라마에 비유하곤 했습니다. 여기에서 차이점은 무대와 연기자가 우리에게 익숙한 로열오페라보다 수조 배나 작다는 점입니다. 생명이 만들어 내는 뮤지컬의 악보는 아직 어떤 과학자도 보지 못했습니다. 그리고 어느 누구도 생명을 전체적으로 관찰할 수 없었습니다. 단지 적은 수의 사람들만이 한 명의 주인공 또는 한 명의 발레리나의 고립된 춤을 볼 수 있는 특권을 누렸을 뿐이었습니다.

밴블렉 교수가 개발한 결정장 이론과 리간드장 이론에서 금속원자는 드라마에서 주인공의 역할을 합니다. 우리 신체의 생명에 기초적인 효소들 중 많은 수는 금속원자가 활성화 센터의 역할을 하여 화학작용이 일어나게 합니다. 적혈구 세포에 있는 헤모글로빈에 있는 철은 산소분자를 신체의 필요한 곳으로 옮깁니다. 이것은 주인공이 발레리나를 자신의 강한 팔로 옮기는 것과 비슷합니다. 이러한 과정에 대한 이론을 개발한 사람이 밴 블렉 교수입니다. 이 과정은 복잡한 화합물, 지질학, 그리고 레이저 기술의 화학에서 중요한 역할을 합니다.

전자의 춤은 우리를 둘러싼 딱딱한 물체, 숙녀들의 다이아몬드, 매일 매일의 소금 또는 비결정질인 유리 등에서 모두 중요한 역할을 합니다. 이 물질들은 전자가 어떤 춤을 추느냐에 따라 전기적·자기적 특징이 다르게 나타납니다. 보통의 왈츠에서 뒤로 가는 스텝보다 앞으로 가는 스텝이 더 쉬운 것처럼 전자들의 춤에서는 전자들의 회전과 병진 운동 사이에 일정한 스핀-궤도 결합이 있는데 이것이 물질의 자기적 성질을 나타내는 데 중요한 역할을 합니다. 발레에서 일정하게 위치를 바꾸는 무용수와 같이 전자들 역시 자신들만의 교환과 초교환 현상을 가지고 있습니다. 밴 블렉과 앤더슨 두 교수는 국소적인 범위에서 물질의 자기적 성질을 연구했습니다. 여기에서 주인공의 역할은 환경에 따라 성질들이 크게 변화하는 강력한 자성을 띠는 금속원자입니다. 이것이 희석 자성 합금을 만들 때 사용되는 기초적인 이론입니다. 이제 우리는 감히 성공적인 국소화 정책에 관해 얘기할 수 있을 것 같습니다.

현재 인류의 가장 큰 문제 중의 하나는 에너지입니다. 현대 사회는 너무나 많은 에너지를 사용하고 있습니다. 그러나 물리학의 법칙에 따르면 이 말은 불합리합니다. 왜냐하면 에너지는 창조되지도 붕괴되지도 않기 때문입니다. 물리학의 관점에서 에너지의 문제는 기본입자들의 질서에 관한 문제입니다. 높은 질서를 가진 에너지가 낮은 질서를 가진 에너지로 전환될 때, 예를 들면 기계적 또는 전기적 에너지가 열로 전환될 때 어떤 일이 일어날 것인가? 이것은 에너지의 전환 과정에 참여하는 기본입자의 운동이 보다 더 무질서해질 때 어떤 일이 일어날 것인가와 같은 의미입니다. 앤더슨은 그 역의 과정도 가끔 일어나는 것을 보였습니다. 예를 들면 유리처럼 기하학적으로 무질서한 물질은 자신들만의 법칙이 있고 이 물질 내의 전자들의 춤은 높은 질서도를 가진 국소화된 상태를 만들어 낼 수 있습니다. 이러한 국소화 과정은 재료의 성질에 영향을 미칩니다. 완벽한 질서를 가진 시스템은 전자공학에서 매우 중요하지만 이러한 시스템을 만드는 데 드는 비용이 매우 크기 때문에 유사한 질서도를 가진 무질서한 시스템은 매우 중요합니다.

네빌 모트 경은 재료의 전기적인 성질과 전도체, 반도체, 그리고 절연체 사이의 전이를 설명하기 위해 이와 비슷한 아이디어를 냈습니다. 같은 선상에서 모트 경은 전자들 사이의 상호작용의 중요성에 대해서도 연구했습니다. 어떤 경우 전자들은 정말로 쌍으로 춤을 추기도 하고 어떤 경우에는 서로 밀어내 전자들이 서로 손을 잡을 수 없고 전자를 내놓은 원자로 다시 돌아가기도 합니다. 전자들이 함께 춤을 추거나 밀어내는 현상은 재료의 전기 전도도와 밀접한 관계가 있습니다. 모트 전이와 모트-앤더슨 전이에 대한 이론은 오늘날 어떤 물질을 이해하거나 새로운 물질을 만들어 내는 데 매우 중요합니다. 앤더슨 교수와 모트 경은 적절히 제어된 무질서도는 완전한 질서만큼 기술적으로 중요할 수 있다는 것을 밝혔습니다.

올해의 노벨 물리학상 수상자는 이러한 고체이론을 연구한 세명의 거인들입니다. 올해 노벨상의 업적은 이들이 수행한 모든 연구에 비하면 매우 작습니다. 이들의 발견은 이미 기술적으로 응용되고 있습니다. 그렇지만 더 중요한 것은 고체의 전자구조 해석이라는 기초연구에 대해 기여한 것으로써 미래에는 고체의 전자구조를 더욱 실제적인 경우에 대해서도 이해할 수 있고 더 많은 노벨상을 이끌어 낼 수 있다는 것입니다. 앤더스 교수, 모트 경, 밴블렉 교수가 수행한 전자의 춤에 대한 안무를 이해하는 연구는 과학의 관점에서 놀랄 만큼 아름다울 뿐 아니라 기술 발전에 필수적인 중요성의 관점에서도 아름답습니다.

저는 기쁘고 영예롭게 왕립과학원을 대표하여 따뜻한 감사의 말씀을 전합니다. 이제 국왕 전하께서 노벨상을 수여하시겠습니다.

스웨덴 왕립과학원 페르 올로브 뢰브딘