물리학계 20년 숙제 해결한 과학자
자성체 거듭제곱분포지수 다양성
세계 최초 규명해 네이처에 게재
'대덕클럽' 회장 수년째 역임
국내 과학기술계 발전에 힘써
우리 주변에서 쉽게 접할 수 있는 자연현상들이 일정한 법칙에 의하지 않고 불규칙하게 발생하고 있는 것으로 우리들은 알고 있다. 여름철 폭우, 지진, 태풍 등 우리를 둘러싸고 일어나는 자연현상의 발생과 빈도 수를 보면 쉽게 이해가 가는 대목이다.
특히 지진의 강도와 빈도 수, 병원에서 기다리는 시간과 빈도 수, 사람들의 이동거리와 빈도 수, 인터넷 연결망 수와 빈도 수 등은 피상적으로 보기에 불규칙하게 보이는 현상들이다. 이들 관계는 얼핏보면 아무런 상관관계가 없는 것처럼 보이는 것들이다.
그러나 이렇게 무질서하고 불규칙해 보이는 다양한 자연현상이나 사회현상이더라도 서로 상관관계가 있고 이러한 관계들은 하나의 법칙으로 설명될 수 있다는 사실들이 물리학자들에 의해 서서히 밝혀지고 있다.
그렇다면 과연 불규칙한 현상들이 발생하는 원인을 설명할 수 있을까. 이러한 의문들이 물리학자들을 통해 하나씩 밝혀졌는데 이를 `거듭제곱법칙'이라 부른다.
이 법칙을 쉽게 얘기하면 큰 현상이 일어날 확률은 적은 반면 작은 현상이 일어날 확률은 크다는 것이다. 예를 들어 지진의 경우 강도가 클수록 발생할 확률은 낮은 것이 일반적인 현상이다.
거듭제곱법칙은 자성체에도 적용이 된다. 자성체에도 불규칙한 현상이 존재한다는 사실은 오래 전부터 알려져 왔다.
자성체의 자화방향이 한쪽 방향에서 반대쪽 방향으로 역전하는 과정이 일정하게 일어나지 않고 불규칙하게 일어난다는 사실이 지난 1919년 독일 물리학자 박크하우젠에 의해 처음으로 발견됐다.
이를 `박크하우젠 잡음현상'이라고 부르는데, 이는 자성체를 이용한 기기 및 스핀트로닉스 기술을 적용할 경우 발생하는 잡음을 일으키는 근본원인이 돼 왔다.
그동안 수많은 물리학자들은 박크하우젠 잡음현상은 거듭제곱법칙 통계분포로 설명될 수 있다는 점을 밝혀냈다. 하지만 거듭제곱법칙 분포지수가 같은 차원의 자성체에서 왜 다양한 값을 가지는가에 대한 의문은 지난 20여년간 학계의 난제로 남아 있었다.
한국과학기술원(KAIST) 물리학과 신성철 교수는 최근 이 같은 물리학계의 20년 숙제를 푸는 해결사 역할을 해 세계 물리학계의 주목을 끌었다.
그는 자구벽(서로 다른 자화방향을 갖는 두 가지 구역을 구분하는 경계면)의 미세구조 변화가 거듭제곱법칙 분포지수 변화에 결정적으로 영향을 미친다는 사실을 세계 최초로 규명해 세계적 학술지인 네이처 피직스 인터넷판에 지난 16일자로 게재됐다.
또한 물리분야의 획기적 발견을 소개하는 네이처 피직스의 `뉴스&뷰스(News&Views)란'에도 해설기사로도 다뤄졌다. 신 교수는 자성체의 스핀을 이용해 혁신적인 새로운 소자를 구현하는 차세대 신기술인 `스핀트로닉스 분야의 대가'로 통한다. 이번 연구결과도 스핀트로닉스 기술구현 중 발생하는 잡음현상을 개선하기 위한 연구과정에서 규명해 낸 것이다.
그는 "이번 연구를 통해 향후 고용량 하드디스크 개발, 차세대 비휘발성 메모리 소자 개발, 초고밀도 정보저장소자 개발 등 스핀트로닉스 기술 구현을 통한 신개념 핵심소자를 개발하는데도 큰 기여를 하게 될 것"이라고 말했다.
신 교수는 자체 제작한 광자기 현미경을 통해 자구역 전 과정을 400nm 분해능으로 실시간 관찰한 결과, 자성박막의 온도가 섭씨 20도에서 35도로 상승함에 따라 자구벽 구조가 톱니모양에서 평평한 모양으로 민감하게 변한다는 사실을 확인하고 이러한 자구벽 구조변화가 거듭제곱법칙 분포지수 변화의 직접적인 요인이 됐다는 점을 규명했다.
신 교수는 이처럼 우수한 연구성과를 내는 연구자로서의 역할 못지 않게 국내 과학기술계의 발전을 위한 노력에 열심이다. 특히 대덕특구 오피니언 리더들의 모임인 `대덕클럽'의 회장을 수년째 역임하면서 지난 2002년 대선 후보 초청 간담회를 개최하는 등 과학기술과 대덕특구의 중요성을 역설해 나가는데도 기여한 바가 크다. 참여정부 출범의 모토인 `과학기술 중심의 사회 구축' 역시 신 교수의 아이디어에서 나온 결과물이다.
자성체 거듭제곱분포지수 다양성
세계 최초 규명해 네이처에 게재
'대덕클럽' 회장 수년째 역임
국내 과학기술계 발전에 힘써
우리 주변에서 쉽게 접할 수 있는 자연현상들이 일정한 법칙에 의하지 않고 불규칙하게 발생하고 있는 것으로 우리들은 알고 있다. 여름철 폭우, 지진, 태풍 등 우리를 둘러싸고 일어나는 자연현상의 발생과 빈도 수를 보면 쉽게 이해가 가는 대목이다.
특히 지진의 강도와 빈도 수, 병원에서 기다리는 시간과 빈도 수, 사람들의 이동거리와 빈도 수, 인터넷 연결망 수와 빈도 수 등은 피상적으로 보기에 불규칙하게 보이는 현상들이다. 이들 관계는 얼핏보면 아무런 상관관계가 없는 것처럼 보이는 것들이다.
그러나 이렇게 무질서하고 불규칙해 보이는 다양한 자연현상이나 사회현상이더라도 서로 상관관계가 있고 이러한 관계들은 하나의 법칙으로 설명될 수 있다는 사실들이 물리학자들에 의해 서서히 밝혀지고 있다.
그렇다면 과연 불규칙한 현상들이 발생하는 원인을 설명할 수 있을까. 이러한 의문들이 물리학자들을 통해 하나씩 밝혀졌는데 이를 `거듭제곱법칙'이라 부른다.
이 법칙을 쉽게 얘기하면 큰 현상이 일어날 확률은 적은 반면 작은 현상이 일어날 확률은 크다는 것이다. 예를 들어 지진의 경우 강도가 클수록 발생할 확률은 낮은 것이 일반적인 현상이다.
거듭제곱법칙은 자성체에도 적용이 된다. 자성체에도 불규칙한 현상이 존재한다는 사실은 오래 전부터 알려져 왔다.
자성체의 자화방향이 한쪽 방향에서 반대쪽 방향으로 역전하는 과정이 일정하게 일어나지 않고 불규칙하게 일어난다는 사실이 지난 1919년 독일 물리학자 박크하우젠에 의해 처음으로 발견됐다.
이를 `박크하우젠 잡음현상'이라고 부르는데, 이는 자성체를 이용한 기기 및 스핀트로닉스 기술을 적용할 경우 발생하는 잡음을 일으키는 근본원인이 돼 왔다.
그동안 수많은 물리학자들은 박크하우젠 잡음현상은 거듭제곱법칙 통계분포로 설명될 수 있다는 점을 밝혀냈다. 하지만 거듭제곱법칙 분포지수가 같은 차원의 자성체에서 왜 다양한 값을 가지는가에 대한 의문은 지난 20여년간 학계의 난제로 남아 있었다.
한국과학기술원(KAIST) 물리학과 신성철 교수는 최근 이 같은 물리학계의 20년 숙제를 푸는 해결사 역할을 해 세계 물리학계의 주목을 끌었다.
그는 자구벽(서로 다른 자화방향을 갖는 두 가지 구역을 구분하는 경계면)의 미세구조 변화가 거듭제곱법칙 분포지수 변화에 결정적으로 영향을 미친다는 사실을 세계 최초로 규명해 세계적 학술지인 네이처 피직스 인터넷판에 지난 16일자로 게재됐다.
또한 물리분야의 획기적 발견을 소개하는 네이처 피직스의 `뉴스&뷰스(News&Views)란'에도 해설기사로도 다뤄졌다. 신 교수는 자성체의 스핀을 이용해 혁신적인 새로운 소자를 구현하는 차세대 신기술인 `스핀트로닉스 분야의 대가'로 통한다. 이번 연구결과도 스핀트로닉스 기술구현 중 발생하는 잡음현상을 개선하기 위한 연구과정에서 규명해 낸 것이다.
그는 "이번 연구를 통해 향후 고용량 하드디스크 개발, 차세대 비휘발성 메모리 소자 개발, 초고밀도 정보저장소자 개발 등 스핀트로닉스 기술 구현을 통한 신개념 핵심소자를 개발하는데도 큰 기여를 하게 될 것"이라고 말했다.
신 교수는 자체 제작한 광자기 현미경을 통해 자구역 전 과정을 400nm 분해능으로 실시간 관찰한 결과, 자성박막의 온도가 섭씨 20도에서 35도로 상승함에 따라 자구벽 구조가 톱니모양에서 평평한 모양으로 민감하게 변한다는 사실을 확인하고 이러한 자구벽 구조변화가 거듭제곱법칙 분포지수 변화의 직접적인 요인이 됐다는 점을 규명했다.
신 교수는 이처럼 우수한 연구성과를 내는 연구자로서의 역할 못지 않게 국내 과학기술계의 발전을 위한 노력에 열심이다. 특히 대덕특구 오피니언 리더들의 모임인 `대덕클럽'의 회장을 수년째 역임하면서 지난 2002년 대선 후보 초청 간담회를 개최하는 등 과학기술과 대덕특구의 중요성을 역설해 나가는데도 기여한 바가 크다. 참여정부 출범의 모토인 `과학기술 중심의 사회 구축' 역시 신 교수의 아이디어에서 나온 결과물이다.
