1905년 9월 30일, 영국의 물리학자 네빌 프랜시스 모트 (Nevill Francis Mott, 1905 ~ 1996) 출생

1905년 9월 30일, 영국의 물리학자 네빌 프랜시스 모트 (Nevill Francis Mott, 1905 ~ 1996) 출생

네빌 프랜시스 모트 경 (Sir Nevill Francis Mott, CH, FRS, 1905년 9월 30일 ~ 1996년 8월 8일)은 영국의 물리학자이다.

1977년에 노벨 물리학상을 받았다.

– 네빌 프랜시스 모트 (Nevill Francis Mott)
.출생: 1905년 9월 30일, 잉글랜드 웨스트요크셔주 리즈
.사망: 1996년 8월 8일 (90세), 잉글랜드 버킹엄셔주 밀턴킨즈
.부모: 찰스 프랜시스 모트
.분야: 물리학
.소속: 맨체스터 대학교, 케임브리지 대학교, 브리스틀 대학교
.출신 대학: 케임브리지 대학교 세인트존스 칼리지
.주요 업적: 모트 절연체 등 고체물리학
.연구수상: 휴스 메달 (1941), 로열 메달 (1953), 코플리 메달 (1972), 패러데이 메달 (1973), 노벨 물리학상 (1977)
.주요저서: ‘원자충돌의 이론’ (1933), ‘합금과 금속’ (1936), ‘파동역학과 그 응용’ (1948) 등
.서훈: 1962년 기사작위 (Knight Bachelor) 서임, 1995년 컴패니언 오브 아너(Order of the Companions of Honour, CH)

영국의 이론물리학자로 리즈 출생이다.

케임브리지 대학에서 수학하고 맨체스터와 케임브리지 대학의 강사를 지내다 1933년 브리스톨 대학 교수가 되었다.

초기에는 원자핵의 문제, 충돌론 등을 연구했는데, 그 중에서 특히 전자의 충돌, 전자기파의 편향 등을 연구하다가 고체물리학적인 방면으로 전향하여 금속 및 합금의 이론, 반도체, 결정소성의 문제 등을 연구했다.

그는 연구결과를《금속의 전자구조 이론의 기초 연구》,《비결정체 속의 전자적 과정》 등으로 집약했다.

국제물리학연합회장을 역임했으며《자기 및 불규칙 시스템의 전자구조》에 관한 연구 업적으로 P. W. 앤더슨, J. H. 밴블렉 등과 77년도 노벨 물리학상을 공동 수상했다.

○ 생애 및 활동

네빌 프랜시스 모트는 1905년 9월 30일 영국 리즈에서 태어났다.

그의 부모님은 캐번디시 연구소 조지프 존 톰슨(J.J. Thomson)의 연구 팀에서 만났고 그의 증조부는 북극 탐험가 존 리차드 존슨 (John Richardson)이였다.

모트는 미국 클리프턴 대학, 프리스톨, 캐임브리지 존슨 컬리지에서 수학과 이론물리학을 배웠다.

케임브리지 대학에서 R.H. 포울러 (R.H Fowler)의 지도하에 연구를 시작했고 코펜하겐에서는 니스 보어 (Niels Bohr), 괴팅켄에서는 막스 본 (Max Born) 밑에서 연구했다.

세계 2차 세계대전 때 독일 로켓공학, 레이더, 무기시스템에 대해 영국 정보장교들을 교육하느라 그의 연구를 잠시 멈추어야 했다.

케임브리지에서 교수직을 맡기 전에 맨체스터에서 일 년 동안 강의를 맡았으며 러더퍼드 연구소에서 충동설과 핵문제에 대해 연구했다.

1933년 브리스톨에서 이론물리학 학과장을 맡았고 H.W. 스키너와 H. 존슨의 지도하에 금속과 반도체의 가치를 밝혀냈다.

전생동안 런던에서 군사연구기간을 마친 후 브리스톨 물리학과장이 되었으며 저온 산화와 금속 절연제 전이에 관한 논문을 발표했다.

1954년 네빌 모트는 캐번디시 물리학 교수로 발탁된 후 정부와 대학 위원회를 위해 헌신했다.

고체 물리학의 새로운 분야의 기반을 닦아 1965년 노벨상을 수상하게 되었는데, 그의 주요 서적의 몇몇은 원자 충돌이론과 이온 결정 이론 그리고 비결정물질 전자 처리에 관한 내용이였다.

물리학에 관한 연구 이외에 그는 영국에서 과학 교육 개선을 위해 힘썼으며 교육적 문제에 대한 위원회로 활동하였다.

1965년 케임브리지 퍼그워시 모임의 의장이자 과학잡지 Tylor & Franciss의 회장자리에 오르기도 했다.

1930년 루트 엘리노어 홀더 (Ruth Eleanor Horder)와 결혼하여 슬하에 두 딸을 낳았다. 그의 사위와 가족들 이 사는 곳 근처 마을에서 10년 동안 거주하면서 종교 과학 참고서 “과학자들을 믿어도 되는가?”의 여러 저자들의 책을 참고로 교정하여 “과학자의 삶”이라는 자서전을 썼다.

주요저서로 ‘원자충돌의 이론’ (1933), ‘합금과 금속’ (1936), ‘파동역학과 그 응용’ (1948) 등이 있다.

• 모트 절연체 (Mott Insulator)

모트 절연체 (Mott Insulator)는 기존의 띠 이론에 따르면 전기가 흐르는 도체여야 하나 실제로 측정해보면 특히 저온에서 절연체가 되는 물질의 한 종류이다. 띠 이론에서 고려하지 않는 전자-전자간 상호작용에 의한 현상이다.

띠 이론에 의하면 부분적으로 차 있는 띠에 속한 전자는 인접 원자로 비교적 자유롭게 이동하며 전도 전자 (conduction electron)가 된다. 하지만 이동하려는 대상 원자에 이미 전자가 하나 있고 두 전자 사이의 쿨롱 척력에 의한 에너지 장벽이 전도 전자의 운동 에너지보다 크면 전자가 인접 원자로 움직일 수 없다. 전도띠의 절반이 차 있어서 모든 원자에 전도 전자가 하나씩 있고 전자간 척력 에너지가 충분히 큰 물질의 경우 어느 전자도 이동하지 못하는 부도체 상태가 되며 이를 모트 절연체라 한다.

전하 전달 절연체( charge-transfer insulator)는 산화니켈(II) (NiO)에서 니켈의 3d 띠와 산소의 2p 띠 사이의 틈처럼 양이온과 음이온 사이에 띠틈이 존재하는 반면 모트 절연체의 띠틈은 특성이 동일한 띠 사이에, 가령 3d 특성을 갖는 두 띠 사이에 존재한다.

.응용
외부에서 전압을 가하면 모트 절연체를 도체로 만들 수 있다. 이같은 모트 전이를 활용하여 장효과 트랜지스터나 스위치 혹은 기억 소자등을 기존의 방법에 비해 더 작게 만들 수 있다.

• 노벨상공동수상 마틴라일 (Martin Ryle)

이스트서식스주(州) 브라이턴에서 태어났다.

철학자 G.라일의 조카이다.

옥스퍼드대학에서 물리학을 공부한 후, 1945년 케임브리지대학의 캐번디시연구소 연구원이 되었다.

1957년 물라르전파천문대 대장을 거쳐, 1959년 케임브리지대학 전파천문학 교수를 역임하였다.

1952년 왕립학회 회원으로 추대되었다.

전파망원경 개발에 지대한 공헌을 했으며, 이를 이용하여 우주에서 약한 전파원들을 찾아내고, 가장 먼 거리의 외부 은하들을 관측하였다.

1974년 펄서의 발견자인 A.휴이시와 함께 천문학 발전의 공로를 인정받아 노벨물리학상을 수상하였다.

○ 노벨상 시상연설

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

○ 저서

주요저서로 ‘원자충돌의 이론’ (1933), ‘합금과 금속’ (1936), ‘파동역학과 그 응용’ (1948) 등이 있으며, 자서전으로 ‘과학자의 삶’ 등이 있다.

A life in science / Nevill Mott.

An outline of wave mechanics / by N.F. Mott.

Electronic processes in ionic crystals, by N.F. Mott and R. W. Gurney.

Electronic processes in non-crystalline materials / by N.F Mott and E. A. Davis.

Elements of wave mechanics.

Sir Nevill Mott: 65 years in physics / editors, N.F. Mott & A.S. Alexandrov.

The Beginnings of solid state physics: a symposium / organized by Sir Nevill Mott, held 30 April- 2 May 1979.

The theory of atomic collisions, by N.F. Mott and H.S.W. Massey.

The theory of the properties of metals and alloys / by N.F. Mott and H. Jones.

Wave mechanics and its applications / by N.F. Mott and I.N. Sneddon.

참고 = 위키백과, 나무위키

크리스천라이프 편집부