올해 노벨 물리학상은 일상적인 3차원 세상이 아닌 1·2차원 세상에서도 전류가 저항 없이 흐르는 초전도(超傳導) 상태가 생길 수 있음을 규명한 3명의 영국 과학자에게 돌아갔다.
스웨덴 왕립과학원 노벨상위원회는 4일(현지 시각) 노벨 물리학상 수상자로 데이비드 사울레스(82) 미국 워싱턴대 교수, 마이클 코스털리츠(74) 브라운대 교수, 덩컨 홀데인(65) 프린스턴대 교수를 선정했다고 밝혔다. 노벨위원회는 "미지의 세계에 대한 문을 열어줌으로써 초전도체 등 혁신적인 신소재와 양자 컴퓨터 같은 미래 기술을 개발할 수 있는 길을 열었다"고 평가했다.
물질이 에너지를 받으면 고체에서 액체, 기체 순으로 변한다. 이 과정에서 제자리에 고정됐던 원자들이 자유롭게 오가는 변화가 일어난다.
그런데 섭씨 영하 273도 극저온에서는 전혀 다른 상태가 된다. 전자들이 쌍을 이뤄 아무런 저항을 받지 않고 움직이는 초전도체나, 원자들의 물리적 상태가 모두 같아져 마찰이나 점성이 없어지는 초유체(超流體)가 된다.
수상자인 사울레스 교수와 제자인 코스털리츠 교수는 1972년 통계역학 연구를 통해 극저온 2차원 물질에서는 원자들이 움직이면서 발생하는 소용돌이가 정반대 방향으로 쌍을 이룬다는 것을 밝혀냈다. 정반대로 도는 물결이 쌍을 이루고 있으면 그 위의 배 두 척은 일부러 줄로 묶지 않아도 같이 움직이듯, 극저온의 2차원 물질도 초전도체나 초유체처럼 저항이나 마찰 없이 움직인다는 것.
1991~1997년 사울레스 교수 밑에서 박사학위 과정을 밟은 한정훈 성균관대 물리학과 교수는 "두 사람의 연구를 통해 3차원에서만 가능하다고 생각한 초유체, 초전도체가 2차원에서도 가능함을 처음으로 알게 됐다"고 말했다. 홀데인 교수는 1983년 두 사람의 연구를 1차원 물질로 확대했다.
오늘날 3차원 초전도체는 장거리 송전선이나 자기공명영상장치(MRI), 자기부상열차 등에 쓰인다. 수상자들의 연구는 2차원 자성필름이나 초전도체 박막 등으로 실현됐다. 이들은 미래 컴퓨터인 양자컴퓨터의 재료가 된다.
현재 컴퓨터는 정보를 전자가 없고 있음을 0 또는 1로 표현하지만, 양자컴퓨터는 0과 1이 중첩된 상태까지 표현해 지금 컴퓨터로는 상상할 수 없는 속도의 계산이 가능하다.
홀데인 교수는 이날 "수상 성과는 오래전 이뤄진 발견이지만 이제야 이 연구 결과에 기초한 수많은 새로운 발견들이 이뤄지고 있다"고 말했다.
노벨 물리학상 수상자에게는 800만 크로나(10억3000만원)의 상금이 주어진다. 노벨상 위원회는 연구에 가장 많이 기여한 사울레스 교수에게 절반인 400만 크로나를, 나머지 두 교수에게 각각 200만 크로나를 각각 수여한다고 밝혔다. 시상식은 스웨덴 스톡홀름에서 노벨이 사망한 날인 12월 10일 열릴 예정이다.