주요 연구분야

High-Tc Cuprate Superconductors

1986년 봄에 스위스에 위치한 IBM 연구소의 베드노쯔와 뮐러는 섭씨 영하 243도(30K)에서 전기저항이 사라지는 새로운 초전도 물질을 발견하였다. 그들의 발견이 얼마나 놀라운 것인가는 스웨덴의 노벨상 위원회가 바로 다음해인 87년에 그들에게 노벨상을 수상한 사실만 보아도 알 수있다. 1987년에 전 세계에서 물리학을 좀 한다는 사람치고 고온초전도체에 발을 들이지 않은 사람이 없을 정도였다. 교수님은 광풍이 지나고도 여전히 초전도 물리학의 진수를 알기위해 끝까지 연구를 계속 해 온 몇 안되는 우리나라의 과학자였다. 교수님은 초전도체를 만난 것이 "Once in a life chance"라고 느꼈다고 하셨다. 물리학을 하면서 초전도 공부를 해 보지 않는 것은 진정한 물리학의 맛을 모르는 불행이라고 하셨다.

• 123 Cuprate perovskites: La1Ba2Cu3O9-x, Hg1Ba2Cu3O9-x, Er1Ba2Cu3O9-x, Pr1Ba2Cu3O9-x

이 계열의 물질은 대부분 미국 오하이오 대학에서 박사후과정을 하시면서 연구하셨던 물질들이다. 초창기 초전도체 연구는 주로 고온초전도체를 중심으로 이루어졌다. 초전도체로 알려진 물질의 합성을 재현할 줄 아는 기술을 확보하는 것이 가장 중요했다. 그리고 고온초전도성을 보이는 구조에 어떤 물질을 넣으면 전이온도가 얼마나 변하는지, 초전도성이 보이는지 보이지 않는지 하는 것을 점검하는 것이 주를 이루었다. 같은 123 Cuprate perovskites 구조를 가지는 물질이라도 Pr 이 들어간 구조에서는 초전도 전이가 일어나지 않는다.

• YBCO123(Y1Ba2Cu3O7-x)

포스텍 연구시절 초창기에 집중적으로 연구하던 물질 중의 하나이다. 이 물질로는 전기전도도의 요동현상을 주로 연구했었다. 고온초전도체로 판명된 물질들이 공통으로 가지는 perovskite 구조의 특성과 고온 상전이와의 관계를 캐내는 문제를 중요하게 생각했다. 일반금속특성에서 초전도특성으로 상전이를 하는 과정에서 보이는 전기전도도의 전이특성곡선을 분석하여 물질의 전도 메커니즘이 가지는 차원 특성을 분석할 수 있다.

• BSCCO(Bi2Sr2Ca1Cu2Ox)

1988년에 포스텍이 초전도체 합성 성공으로 신문에 난 것이 바로 이성익교수님 연구실의 업적이다. 상당히 2차원적인 특성을 가지는 물질이다. 초전도체를 제조하던 화로가 있던 작은 실험실의 열기가 교수님의 열정을 따라잡지 못했던 것 같다. 이 물질로는 주로 초전도체의 1/f 잡음특성을 연구하였다. 첫 박사학위 제자인 한규현(스웨덴) 박사가 박사학위 주제로 이 분야를 연구하였다.

• TBCCO(Tl2Ba2CaCu2O8)

• HBCCO(HgBa2Ca2Cu3O8)

1994년에 까레이스키의 후손인 세르게이 리 박사가 러시아에서 모스크바대학에서 화학을 전공하여 박사학위를 받은 후 자매결연대학인 포스텍으로 박사후과정으로 오면서 교수님의 연구실로 왔다. 세르게이 리 박사가 그 즈음 한창 최고의 전이온도를 기록하던 수은계 고온초전도체의 단일상을 세계에서 처음으로 합성하였다. 사실, 이 물질이 교수님이 초전도연구단을 이끄시기 전 한단계 도약을 이끈 중요한 기제가 되었다. 세계 누구도 가지고 있지 않은 세계최고의 전이온도를 가지는 순수한 물질을 가진 우리는 마음껏 이 물질의 초전도 특성을 탐구해볼 수 있었다. 문미옥(엠미오창의력전파소 소장), 최만수(고려대 물리학과), 김문석(한국표준연구원), 배명광(삼성전자), 최재혁(한국표준연구원) 등의 학생들은 그 무궁무진한 초전도 자성 연구의 진면목을 맛 본 행운아들이었다.

• Infinite layer: Sr0.9La0.1CuO2

Intermetallic Superconductors

• RNi2B2C(R = Y, Ho. Lu, Er)

Newly discovered superconducting materials

• metal-doped C60

• MgB2

See also the Wikipedia article.

• MgCNi3
• Fe-contained: SrFe12O19, BaFe1.8Co0.2As2, SrFe2As2

Magentic properties of Superconductors

• Vortex Structure
• Vortex Dynamics

Percolation

박사후 연구과정을 하면서 초전도체 연구에 뛰어들기 바로 전에 하셨던 연구분야가 Percolation 이다. 1987년 2학기에 POSTECH에 부임하셔서도 계속 이 주제를 연구하셨다. 비교적 쉬운 셋업으로도 물리학 연구의 기초현상인 상전이(phase transition)의 스케일링 이론을 검증할 수 있어서 중요한 연구대상이었다. 특히, 학부학생을 위한 연구참여 실험으로 좋은 시스템이었다. 이성익 교수님은 당시 학부생이었던 염계희(현 삼성전자 부장), 박병준(현 충주대 교수), 유현석(현 삼성** 00) 등과 함께 Swiss Cheese System 등 다양한 percolation system을 연구하였다. 이 연구로 염계희는 학부생으로 한국물리학회에서 논문을 구두발표할 수 있는 기회를 얻었고, 박병준은 정식논문집에 논문을 싣고 학부생의 우수한 연구에 주는 상을 받기도 했다. 여전히 재미있는 연구분야이다.

• Tae Won Noh, Sung-Ik Lee, Yi Song and *J. R. Gaines, A New Experimental Approach to Two Dimensional Percolation, Physics Letters A 114, 207 (1986/2/17)

• Sung-Ik Lee, Yi Song, Tae Won Noh, X. D. Chen and *J. R. Gaines, Experimental observation of the non-universal behavior of the conductivity exponent for three-dimensional continuum percolation systems, Phys. Rev. B 34, 6719 (1986/11/15)

• Tae Won Noh, Yi Song, Sung-Ik Lee, *J. R. Gaines, Hee Dong Park and Eric R. Kreidler, Percolation effects in the optical properties of Ni-MgO composites, Phys. Rev. B 33, 3793 (1986/3/15) 

Optical properties of small particles

박사학위 연구주제였다. 사실 교수님께서 초전도 분야로 뛰어들게 중요한 이유이기도 하다. 왜냐하면, 노태원교수님(서울대 물리학과)과 함께 이 분야의 난제들을 평정해버렸다고 하셨다. 전공분야가 더 이상 파고들 여지가 없어져버려 새로운 문제를 찾고 있던 교수님 앞에 1987년의 고온초전도체의 광풍이 불어 닥쳤던 것이다.

• Tae Won Noh, Sung-Ik Lee, Yi Song and *J. R. Gaines, Temperature dependent far-infrared absorption of silver smoke, Phys. Rev. B 34, 2882 (1986/8/15)

• Sung-Ik Lee, Tae Won Noh, John Golben and *J. R. Gaines, Effect of an oxide coating on the infrared and visible absorption of small silver particles, Phys. Rev. B 33, 5844 (1986/4/15)

• Tae Won Noh, Sung-Ik Lee and *J. R. Gaines, Temperature dependent far-infrared absorption of a metal-insulator composite, Phys. Rev. B 33, 1401 (1986/1/15)

• Yi Song, Tae Won Noh, Sung-Ik Lee and *J.R. Gaines, Experimental study of the three dimensional AC conductivity and dielectric constant of a conductor-insulator composite near the percolation threshold, Phys. Rev. B 33, 904 (1986/1/15)

• Sung-Ik Lee, Tae Won Noh and *J. R. Gaines, Effect of an oxide layer on the far-infrared absorption of small silver particles, Phys. Rev. B 32, 3580 (1985/9/15) 

• Sung-Ik Lee, Tae Won Noh, Kevin Cummings and *J. R. Gaines, Far-Infrared Absorption of Silver-Particle Composites, Phys. Rev. Lett. 55, 1626 (1985/10/7)