[물리학] 2010년 – 2차원적 물질 그래핀에 관한 획기적인 연구(안드레 가임, 콘스탄틴 노보셀로프)

2010_AndreGeim_physics

  • 1958 ~
    안드레 가임

    Andre Geim

    러시아 출신 물리학자. 1982년 모스크바 물리기술연구소(지금의 모스크바 물리기술대학)에서 석사학위를 받았으며, 모스크바에서 가까운 체르노골로브카에 있는 고체물리학연구소에서 박사학위(1987)를 취득했다. 1987~90년 체르노골로브카에 있는 마이크로 전자공학기술 및 고순도물질연구소에서 연구원으로 일했고, 1990~94년에는 배스대학교, 노팅엄대학교, 코펜하겐대학교에서 박사후과정을 밟았다. 2001년에 맨체스터대학교의 물리학 교수가 되었다.
    2010년에 인공 나노 물질인 그래핀(graphene)에 대한 업적을 인정받아 콘스탄틴 노보셀로프와 함께 노벨 물리학상을 수상했다.

  • 2010_KonstantinNovoselov_physics
    1974 ~
    콘스탄틴 노보셀로프

    Konstantin Novoselov

    정확한 이름은 콘스탄틴 세르게예비치 노보셀로프(Konstantin Sergeevich Novoselov)이다.
    러시아 물리학·수학 분야의 최고 권위 공과대학인 MIPT에서 수학하였고, 네덜란드 네이메헌 라드바우드대학에서 박사 학위를 받았다. 2001년 영국 맨체스터대학에서 그의 박사 과정 지도교수인 안드레 가임(Andre Geim)과 함께 연구 활동을 시작하였다.
    2010년 10월 ‘꿈의 나노물질’이라 불리는 차세대 나노 신소재인 그래핀을 발견한 공로로 스승인 안드레 가임과 함께 노벨 물리학상을 공동 수상하였다. 36세의 나이에 노벨 물리학상을 받음으로써 역대 노벨상 수상자 중 1973년 브라이언 조지프슨(Brian Josephsonm, 1973년 노벨 물리학상 수상)이후 가장 젊은 나이에 노벨상을 수상한 인물이 되었다.

수상 업적

The Nobel Prize in Physics 2010 was awarded jointly to Andre Geim and Konstantin Novoselov “for groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene”

2010년 노벨 물리학상은 “2차원적 소재 그래핀에 대한 획기적인 연구”로 안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프에게 공동 수여되었습니다.

수상 추천문

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분

2010년 노벨 물리학상은 획기적인 차세대 나노 신소재를 개발한 공로에 대해 수여하고자 합니다. 새로운 수준의 소재를 대표하는 이 그래핀이라 불리는 소재는 놀랍게도 연필이나 접착제 같은 평범한 사무 용품을 활용해 극히 소량으로 생산이 가능합니다.
탄소는 아마도 자연적으로 존재하는 가장 중요한 요소일 것이며 우리가 아는 모든 생명체의 근간이라 할 수 있습니다. 순수한 탄소의 가장 보편적인 형태는 그래파이트, 즉 연필에 사용되는 흑연입니다. 탄소가 고압을 받게 되면 고가의 다이아몬드의 형태로 존재하게 되는데 이 홀에 있는 보석 중 일부가 바로 그 다이아몬드일 것입니다.
그래파이트는 원자 하나의 두께를 갖는 여러 겹의 탄소 원자 층으로 이루어지며 이러한 층 하나를 우리는 그래핀이라 부릅니다. 그래핀 층은 육각형 구멍을 가진 작은 철망 같은 모습이고 육각형 구조이지만 원자 하나의 두께에 지나지 않을 만큼 매우 얇습니다. 각 그래핀 층은 강하고 질기지만 그래파이트에서만은 이들 층이 서로 약하게 연결되어 있어 우리가 연필로 글씨를 쓸 때 일어나는 현상과 같이 그래파이트는 쉽게 찢깁니다. 종이에 연필을 대고 그으면 여러 겹의 탄소 부스러기가 떨어져 나옵니다. 당연히 어떤 부스러기는 다른 것들보다 더 얇을 것이며 이는 실제로 단일 탄소 층들을 구성하는 부스러기의 작은 부분일 것입니다. 이 홀에 계신 여러분도 연필로 글씨를 쓸 때 그래핀과 같은 얇은 층들을 만들어 내는 것입니다.
그래핀은 2차원적 결정성 물질을 대표합니다. 2차원이라 함은 높이가 아닌 가로 세로로만 원자들이 물질에 연결된다는 것을 뜻하며, 물질에서 전자가 3차원이 아니라 2차원으로만 이동할 수 있다는 의미입니다. 그래핀에서 원자들은 마치 질량이 없는 것처럼 보일 정도로 특이하게 활동합니다. 물리학에서 이것은 특이한 형태의 양자홀 효과(1985년 노벨상 수상)와 같은 흥미로운 현상을 일으킵니다. 이것의 또 다른 예로서 클라인 터널링이 있는데 이 효과는 1929년 스웨덴 물리학자 오크사 클라인에 의해 예견됐던 것입니다. 다른 계통에서는 일찍이 관찰된 적이 없고 그래핀에서만 지난해 관찰된 바 있습니다.
그래핀은 또 다른 예외적인 특성을 가지고 있는데 강철보다 100배는 더 강하다는 것입니다. 1평방미터의 그래핀으로 해먹을 만든다고 가정할 때 이것은 비록 단 하나의 원자 두께에 해당하는 것이지만 갓 태어난 아기나 고양이를 거뜬히 들 수 있을 만큼 질긴 것이 특징입니다. 이 해먹은 약 1밀리그램, 즉 고양이 수염 하나의 무게에 지나지 않습니다. 또한 그래핀은 훌륭한 전도체의 역할을 하는데 그 전도성은 은의 10배에 달하며 투명하고 유연할 뿐 아니라 신축성도 매우 뛰어납니다.
오래 전부터 그래파이트는 육각형의 탄소 층으로 이루어져 있다고 알려져 있으며 그래핀에서 전자의 활동은 일찍이 1947년 필립 월레스에 의해 계산된 적이 있지만 그 누구도 단일 레이어의 전기 계측이 가능하도록 그래핀을 분리할 수 있으리라 생각지 못했습니다. 그런 이유로 올해 수상자인 안드레 가임과 콘스탄틴 보노셀로프가 동료들과 함께 2004년 그래핀에 대한 첫 번째 논문을 발표했을 때 세상 사람들은 놀라움을 금치 못했습니다. 평범한 접착 테이프를 사용한다는 실로 기발한 방법으로 얇은 탄소 레이어를 분리해 적합한 표면으로 이동시키는 데 성공했습니다. 또한 이종 현미경을 사용하여 레이어 중 일부가 단 하나의 원자 두께만큼 얇다는 것을 보여줄 수 있었습니다. 그들은 적절한 형태로 샘플을 새겨 넣고 전극을 연결했으며 전기 계측을 수행하여 실제로 이 소재가 예상된 특성을 지니고 있음을 증명해냈습니다. 이후 여러 팀들, 특히 이 두 교수의 팀이 새로운 실험을 수행했고 이 새로운 탄소 소재의 수많은 흥미로운 특성들을 연구했습니다.
그래핀 연구 분야는 여전히 초기 단계에 머물러 있으며 어떤 응용이나 적용이 가장 중요하다고 결정하기에는 아직 이르지만 그래핀의 독특한 특성들이 다양한 분야에서 활용될 수 있다는 희망을 열어주었습니다. 가능한 응용 분야로서는 터치 스크린, 태양광 전지, 고속 트랜지스터, 가스 탐지기 및 초강력 경량 물질 등이 있습니다.
가임 교수님, 보노셀로프 교수님.
스웨덴 왕립과학원은 2차원적 물질 그래핀에 관한 획기적인 연구 공로를 인정하여 두분 교수님께 2010년 노벨 물리학상을 수상하기로 결정하였습니다. 스웨덴 왕립과학원을 대표하여 두 교수님의 역작에 깊은 존경과 찬사를 보냅니다. 이제 전하께 나아가 노벨상을 수상하시겠습니다.

스웨덴 왕립과학원 퍼 델싱