수상 업적

The Nobel Prize in Physics 1985 was awarded to Klaus von Klitzing “for the discovery of the quantized Hall effect”. 1985년 노벨 물리학상은 “양자화된 홀효과의 발견”으로 클라우스 클리칭에게 수여되었습니다.

수상 추천문

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분. 올해의 노벨 물리학상은 양자화된 홀효과를 발견한 클라우스 폰 클리칭 교수에게 수여되겠습니다. 양자화된 홀효과와 같은 종류의 발견은 예측하지 못한 놀라운 발견으로서 과학 연구가 참으로 흥분되는 일이라는 것을 보여 준 예라고 할 수 있습니다. 노벨상은 종종 거대한 프로젝트에 수여되었는데, 그 경우 연구자가 보여 준 놀라운 지도력을 인정하였기 때문이며, 동시에 거대한 장비와 지원을 결합한 정교한 실험을 설계해 이론적인 모델과 그것이 예측하는 결과의 정확성을 입증한 공로로 수여되었습니다. 또는 새로운 이론적인 개념과 이론을 개발할 도구를 만들어, 오랫동안 이론적인 시도가 실패로 돌아갔던 중요하고 근본적인 문제를 해결한 사람에게 수여되기도 하였습니다. 그러나 물리학에서는 가끔 아무도 예상할 수 없었던 일이 일어나기도 합니다. 어떤 사람은 새로운 현상을 발견하고 어떤 사람은 예상할 수 없었던 물리학의 기본적인 관계를 발견하기도 했습니다. 아무도 발견하지 못했던 현상을 발견한 사건은 정확히 1980년 2월 그레노블의 호흐펠트 마그넷 실험실에서 홀효과에 대해 연구를 수행하던 클라우스 폰 클리칭 교수에게 일어났습니다. 그는 단지 근사적으로 일어날 것이라고 가정된 관계를 놀라울 정도로 정밀하게 측정했고, 이를 통해 양자화된 홀효과가 일어난다는 것을 발견했습니다. 폰 클리칭 교수가 발견한 현상은 전기와 자기 현상 사이의 관계와 관련되어 있는데 전기와 자기 현상의 연구는 역사가 오래되었습니다. 자 1820년대로 돌아가 봅시다. 이 시기 덴마크 물리학자인 외르스테드는 전선에 흐르는 전류는 나침반의 바늘에 영향을 주어 나침반의 방향이 바뀌는 것을 발견했습니다. 그는 이 현상을 학생들과 교실에서 발견했는데 그 이전에는 아무도 전기와 자기가 관련있다는 것을 관찰하지 못했습니다. 50년 후 미국의 젊은 물리학자인 홀은 자기력이 자기장에 놓인 금속선의 전하 전달자에 영향을 미쳐 전선의 단면 방향으로 전압을 만들어 낼 것이라고 예측했습니다. 그는 금박을 사용해 전류를 보낼 때 전류의 방향과 자기장의 방향에 수직으로 전선을 가로질러 작은 전압차가 나타나는 것을 발견했는데 이것이 바로 홀효과입니다. 홀효과는 이제 기술적으로 중요한 반도체 물질 연구에 자주 사용되는 표준이 되었으며 홀효과는 모든 고체물리학 교재에 수록되어 있습니다. 원리적으로 실험은 매우 간단하여 자기장과 전류와 전압을 측정하는 장치만 있으면 됩니다. 자기장을 변화시키면 전류와 전압이 완전히 예측 가능하게 변화되었기 때문에 여기에서 더 이상 놀라운 현상이 일어날 것이라고 생각할 수 없었습니다. 폰 클리칭 교수는 상당히 극단적인 조건에서 홀효과를 연구했습니다. 그는 극단적으로 높은 자기장을 사용했고 자신의 샘플을 절대온도 0도보다 몇 도 높은 온도까지 냉각시켰습니다. 그 결과 보통 사람들이 예상하듯 전도도가 규칙적으로 일정하게 변화하지 않고 편평한 부분으로 이루어진 매우 특징적인 계단 형태가 나타나는 것을 발견했습니다. 또한 폰 클리칭 교수는 이 편평한 부분의 값들이 엄청나게 높은 정확도로 단순한 수식의 정수배로 표현된다는 것을 알아냈습니다. 이때 사용된 수식은 양자물리학의 모든 곳에서 나타나는 단지 두 개의 기본 상수인 전자의 전하와 플랑크상수의 함수입니다. 이 결과는 홀효과가 양자화되어 일어나는 것을 보여 주는 것으로서 전혀 예상치 못했던 결과입니다. 그 결과의 정확도는 천만 분의 1로서 스톡홀름과 폰 클리칭 교수의 고향인 슈투트가르트 역 사이의 거리를 수 센티미터의 정확도로 측정하는 것과 같습니다. 양자화된 홀효과의 발견은 반도체 기술의 발전과 물리학의 기초 연구 사이의 밀접한 관계를 보여 주는 바람직한 예입니다. 폰 클리칭 교수가 사용한 샘플은 일반적인 라디오에 있는 트랜지스터와 구조는 같지만 새롭게 제작한 것입니다. 그의 샘플은 완전성이라는 높은 표준을 만족하였고 발전된 기법과 개선된 기술을 사용해 높은 정밀도를 얻을 수 있었습니다. 양자화된 홀효과는 2차원 전자시스템에서만 발견될 수 있습니다. 2차원 전자시스템은 자연계에서는 얻어지지 않는 구조입니다. 그렇지만 반도체 기술의 발전으로 2차원 전자시스템을 구현할 수 있었습니다. 폰 클리칭 교수가 사용한 것과 같은 유형의 트랜지스터에서 어떤 전자들은 트랜지스터의 두 부분 사이의 경계면에서만 존재할 수 있습니다. 충분히 낮은 온도에서 전자들은 계면을 따라서만 이동할 수 있고 그 결과 사실상 2차원 전자시스템을 만들 수 있었습니다. 폰 클리칭 교수의 양자화된 홀효과의 발견은 즉각적으로 큰 관심을 불러일으켰습니다. 엄청나게 높은 정확도로 인해 이 효과는 전기저항의 국제적인 표준을 정의하는 데 사용될 수 있습니다. 표준을 결정하는 도량형학적인 가능성은 매우 중요하며 전 세계의 많은 연구실에서 자세한 연구를 수행하고 있습니다. 양자화된 홀효과는 보통 거시 규모의 측정에 양자효과가 적용될 수 있는 몇 안 되는 예 중의 하나입니다. 양자화된 홀효과에 있는 자세한 물리적인 메커니즘은 아직 완전히 이해되지 않았습니다. 그렇지만 이후의 실험에서는 완전히 새롭고 예측되지 않은 성질을 밝혀내고 있습니다. 또한 2차원 전자계에 대한 연구는 물리학 연구에서 가장 도전적인 분야 중의 하나가 되었습니다. 폰 클리칭 교수님. 스웨덴 왕립과학원을 대표하여 따뜻한 축하의 말씀을 드립니다. 이제 국왕 전하로부터 노벨상을 수상하시기 바랍니다.