1. 개요
안드레아스 J. 하인리히 박사는 주사 터널링 현미경(STM), 양자 기술, 나노과학, 스핀 여기 분광법, 그리고 정밀 원자 조작 분야를 연구하는 저명한 물리학자이다. 그는 IBM 연구소의 알마덴 연구소에서 18년간 재직하며 나노초 주사 터널링 현미경을 개발하여 시간 분해능을 십만 배 향상시키는 데 기여했으며, X선 흡수 분광법과 스핀 여기 분광법을 결합하는 연구를 수행했다. 2016년에는 대한민국으로 건너와 이화여자대학교의 석좌교수로 부임하고, 기초과학연구원(IBS) 산하 양자나노과학 연구단의 초대 단장을 맡아 한국 과학기술 발전에 크게 기여하고 있다. 특히, 개별 원자를 조작하여 데이터를 저장하는 기술과 단일 원자 수준의 자기공명영상(MRI) 촬영 기술 개발 등 획기적인 연구 성과를 이끌어냈다.
2. 초기 생애 및 교육
안드레아스 하인리히 박사는 독일에서 성장하며 물리학에 대한 깊은 관심을 키웠다. 그의 학문적 여정은 독일에서 시작되어 세계적인 연구 성과로 이어졌다.
2.1. 독일에서의 학업
하인리히 박사는 1994년과 1998년에 각각 독일 괴팅겐 대학교에서 물리학 석사 학위(Diplom)와 박사 학위를 취득했다. 그는 1994년부터 1998년까지 R. G. 울브리히(R. G. Ulbrich) 교수의 지도 아래 연구 조교로 활동하며 학문적 기반을 다졌다. 괴팅겐을 떠나 IBM 알마덴 연구소에서 일하고자 했던 그는 알렉산더 폰 훔볼트 재단의 장학금을 받아 미국으로 이주할 수 있었다. 당시 독일 잡지 Stern슈테른독일어은 하인리히 박사의 해외 이주를 독일의 "두뇌 유출" 현상의 일부로 분류하기도 했다.
2.2. IBM 알마덴 연구소 박사후 과정
박사 학위 취득 후, 하인리히 박사는 2001년까지 카블리상 수상자인 돈 아이글러 박사의 지도 하에 IBM 알마덴 연구소에서 박사후 연구원 과정을 밟았다. 이 기간 동안 그는 최첨단 연구 환경에서 심도 깊은 연구를 수행하며 이후의 경력에 중요한 발판을 마련했다. 박사후 과정 이후 그는 IBM 알마덴 연구소의 정식 연구원이자 엔지니어로 채용되었다.
3. 경력
안드레아스 하인리히 박사는 IBM 알마덴 연구소에서의 오랜 연구 경험과 한국에서의 새로운 도전을 통해 물리학 분야에서 중요한 리더십을 발휘해왔다.
3.1. IBM 알마덴 연구소
하인리히 박사는 IBM 알마덴 연구소에서 총 18년간 재직하며 다양한 핵심 연구를 이끌었다. 박사후 연구원 과정을 마친 2001년부터 연구원으로 활동했으며, 2005년부터 2016년까지는 표면 자성 나노구조 및 주사 탐침 현미경(SPM) 연구 그룹의 그룹장으로 재직했다. 이 기간 동안 그는 2003년 연구 부문상, 2007년 혁신상, 2010년과 2014년에는 뛰어난 기술 성과상, 2011년에는 IBM 최우수상을 포함한 여러 기업상을 수상하며 그 공로를 인정받았다.
3.2. 한국에서의 활동
2016년, 하인리히 박사는 한국으로 이주하여 대한민국 과학 연구에 새로운 활력을 불어넣었다.
3.2.1. 이화여자대학교 석좌교수
2016년부터 하인리히 박사는 이화여자대학교의 석좌교수로 임용되어 학생들을 가르치고 연구를 지도하며 후학 양성에도 힘쓰고 있다.
3.2.2. 기초과학연구원 양자나노과학 연구단장
같은 해, 하인리히 박사는 기초과학연구원(IBS) 산하 양자나노과학 연구단의 초대 단장으로 부임했다. 양자나노과학 연구단은 이화여자대학교 캠퍼스 내에 위치한 연구협력관에 자리 잡고 있으며, 2018년에 기공식을 거쳐 2019년에 공식적으로 문을 열었다. 이 연구동은 세계적으로도 가장 낮은 수준의 진동을 자랑하는 주사 터널링 현미경 실험실을 갖추고 있어 최첨단 연구에 최적화된 환경을 제공한다. 양자나노과학 연구단의 장기적인 목표 중 하나는 깨끗한 표면과 계면에서 분자와 원자의 양자 상태를 완벽하게 제어하는 기술을 개발하는 것이다. 이러한 기술은 고감도 양자 센서의 활용을 가능하게 할 것으로 기대된다.
4. 주요 연구 및 성과
안드레아스 하인리히 박사는 나노과학과 양자 기술 분야에서 수많은 획기적인 연구를 수행하며 과학 기술 발전에 지대한 공헌을 했다.
4.1. 주사 터널링 현미경 (STM) 기술 개발
하인리히 박사는 주사 터널링 현미경(STM) 기술의 혁신을 주도했다. 그는 시간 분해능을 십만 배 향상시킨 나노초 STM을 개발하여 원자 수준에서의 빠른 현상을 관찰할 수 있게 했다. 또한 X선 흡수 분광법과 스핀 여기 분광법을 결합하는 데 성공하여 물질의 자기적 특성을 더욱 정밀하게 분석할 수 있는 길을 열었다. 2015년에는 그의 연구팀이 STM과 전자 스핀 공명(ESR) 기술을 결합하여 나노 전자볼트 수준의 정밀도로 단일 원자의 스핀을 측정하는 데 성공했다. 이 기술은 2022년 개별 분자로 확장되어 그 적용 범위를 넓혔다.
4.2. 원자 조작 및 데이터 저장
하인리히 박사는 개별 원자를 조작하여 정보를 저장하는 기술의 한계를 탐구하며 데이터 저장 밀도를 획기적으로 높이는 연구를 진행했다.
4.2.1. '소년과 원자' 제작
하인리히 박사 연구팀은 데이터 저장의 한계를 탐구하는 과정에서 <소년과 원자>(A Boy and His Atom영어)라는 스톱 모션 단편 애니메이션을 제작했다. 이 애니메이션은 수천 개의 개별 원자를 움직여 촬영되었으며, 기네스 세계 기록에 '세계에서 가장 작은 스톱 모션 영화'로 등재되었다. 이는 원자 조작 기술의 정밀도를 대중에게 시각적으로 보여준 중요한 사례이다.
4.2.2. 단일 원자 메모리 연구
하인리히 박사 연구팀은 데이터 저장을 위해 필요한 원자의 수를 기존의 백만 개에서 12개로 줄이는 데 성공했다. 그리고 불과 5년도 채 되지 않아 이 숫자를 단일 원자 수준으로까지 줄이는 쾌거를 이루었다. 이 연구 결과는 2018년 대한민국 과학기술정보통신부가 선정한 '국가연구개발 우수성과 100선'에 포함될 정도로 국내외에서 그 중요성을 인정받았다. 이 성과는 미래 데이터 저장 기술의 잠재력을 보여주며, 정보 기술 발전에 중요한 기여를 했다.
4.3. 양자 나노과학 및 단일 원자 MRI
양자나노과학 연구단은 특히 표면 위의 스핀 연구에 중점을 두고 있다. 하인리히 박사 연구팀은 IBM 알마덴 연구소와의 협력을 통해 개별 원자의 자기공명영상(MRI)을 촬영하는 데 성공했다. 이 기술은 단일 원자 수준에서 자기적 특성을 이미지화할 수 있게 하여, 양자 정보 처리 및 나노 스케일 진단 기술 발전에 새로운 가능성을 제시했다.
5. 학술적 위상 및 활동
안드레아스 하인리히 박사는 그의 뛰어난 학문적 업적을 바탕으로 다양한 학술 활동과 자문 역할을 수행하며 국제 과학계에서 높은 위상을 지니고 있다.
5.1. 학회 활동 및 회원
하인리히 박사는 2012년 스핀 여기 분광법과 나노초 주사 터널링 현미경 개발에 대한 공로를 인정받아 미국 물리학회의 석학회원으로 선정되었다. 또한 미국 과학진흥협회(American Association for the Advancement of Science)의 석학회원이기도 하다. 2016년에는 중국과학원의 국제 펠로우십 이니셔티브(PIFI)를 통해 특별 펠로우십을 수여받는 등 국제적인 학술 교류에도 적극적으로 참여하고 있다.
5.2. 자문 및 위원회 활동
2012년부터 하인리히 박사는 독일 슈투트가르트에 위치한 막스 플랑크 고체 연구소의 과학 자문단으로 활동하며 연구소의 전략적 방향 설정과 연구 프로그램 평가에 기여하고 있다.
6. 수상 경력
안드레아스 하인리히 박사는 그의 학문적 업적과 과학 기술 발전에 대한 기여를 인정받아 다수의 권위 있는 상을 수상했다.
- 2024년: 서울시 명예시민 선정
- 2023년: 훔볼트 연구상(Humboldt Research Award영어)
- 2021년: 칼 프리드리히 본회퍼 강연상(Karl Friedrich Bonhoeffer Lecture Award영어)
- 2020년: 하인리히 로러 메달(Heinrich Rohrer Medal영어)
- 2018년: 대한민국 과학기술정보통신부 선정 '국가연구개발 우수성과 100선' (세계 최소 메모리 저장 단위 연구)
- 2018년: 포어사이트 연구소 파인만 상(Foresight Institute Feynman Prize in Nanotechnology영어) (표면에서 원자와 작은 분자를 조작하여 데이터 저장 및 연산에 활용하는 발전 기여)
- 2018년: 미국 물리학회 조셉 키슬리 상(Joseph F. Keithley Award For Advances in Measurement Science영어) (단일 원자 및 단일 스핀 한계에서의 비탄성 전자 터널링 분광법 개발을 포함한 정교한 주사 탐침 기기 설계 및 구축을 통해 측정 과학에 많은 돌파구 제공)
- 2016년: 중국과학원 총장 국제 펠로우십 이니셔티브(PIFI) 특별 펠로우십
- 2014년: IBM 뛰어난 기술 성과상(Outstanding Technical Achievement Award영어)
- 2012년: 미국 물리학회 석학회원
- 2011년: IBM 최우수상(Best of IBM Award영어)
- 2011년: IBM 기업상(Corporate Award영어)
- 2010년: IBM 뛰어난 기술 성과상(Outstanding Technical Achievement Award영어)
- 2007년: IBM 뛰어난 혁신상(Outstanding Innovation Award영어)
- 2003년: IBM 연구 부문상(Research Division Award영어)
- 1998년: 알렉산더 폰 훔볼트 재단 페오도르 리넨 장학금(Feodor Lynen scholarship독일어)