콘스탄틴 노보셀로프: 쓰레기통 속의 노벨상

맨체스터 연구실의 한 동료가 스카치테이프로 흑연 샘플을 떼어내어 청소하고는 사용한 테이프를 버리고 있었다. 노보셀로프는 버려진 테이프를 집어 들어 여전히 붙어 있는 박편들을 발견했고, 한 시간 안에 작동하는 장치를 만들었다. 그는 나중에 "효과가 아무리 작더라도 우리가 매우 큰 무언가를 우연히 발견했다는 것은 분명했다"고 기록했다. 6년 후 35세의 나이로 그는 1973년 이후 최연소 물리학상 수상자가 되었다.

니즈니타길

콘스탄틴 세르게예비치 노보셀로프(Konstantin Sergeevich Novoselov) - '코스탸(Kostya)' - 는 1974년 8월 23일 우랄 산맥의 중공업 도시인 니즈니타길에서 태어났는데, 이곳의 공장들은 철도 차량과 탱크를 생산했다. 그의 아버지는 그 공장 중 한 곳의 엔지니어였고 어머니는 영어 교사였다. 그는 전기 분해 실험과 금속 공예를 하며 자랐고 물리 올림피아드에 참가했다.

피스테크와 체르노골로프카

1991년 그는 모스크바 물리기술대학교(Phystech, 피스테크)에 입학하여 물리 및 양자 전자공학 학부를 선택했고 1997년에 석사 학위를 받았다. 그의 실무 훈련은 다른 곳에서 이루어졌다. 체르노골로프카에 있는 마이크로전자공학 기술 연구소에서 그는 유리 두브로프스키(Yura Dubrovskii)를 비롯한 실험가들 밑에서 터널링 분광학을 배웠다. 이것은 들리는 것보다 더 중요하다. 노보셀로프가 그 시절에 얻은 것은 이론이 아니라 한 쌍의 손, 즉 장치를 빠르게 설계, 제작 및 측정하는 능력이었으며, 이것이 나중에 전체 이야기의 전환점이 되는 기술이다.

네이메헌에서 맨체스터로

1999년 그는 네이메헌에 있는 안드레이 가임(Andre Geim)의 고자기장 연구소에 합류했다. 2004년 라드바우트 대학교에서 수여한 그의 박사 학위는 얀 케이스 만(Jan Kees Maan)과 가임의 지도하에 메조스코픽 홀 마이크로프로브의 개발 및 응용에 관한 것이었다. 2001년 가임이 맨체스터 대학교로 옮겼을 때 노보셀로프는 주저 없이 따라갔고, 사실상 비어 있어서 처음부터 다시 조립해야 했던 연구실로 들어갔다. 두 사람은 또한 그 과정에서 도마뱀붙이의 발을 모델로 한 생체 모방 접착제를 만들기도 했는데, 이는 그래핀 연구가 겉보기에는 사소한 문제들을 진지하게 다루는 그룹에서 나왔음을 상기시켜 준다.

테이프

그래핀 결과는 노보셀로프 본인의 말에 따르면 거의 우연이었다. 팀은 흑연으로 만든 금속 전계 효과 트랜지스터를 쫓고 있었다. 올레그 슈클랴렙스키(Oleg Shkliarevskii)가 스카치테이프로 흑연을 떼어내어 청소하는 습관이 결과적으로 실험이 된 쓰레기를 만들었다. 몇 달 안에 ZYH-K51 샘플로 분류된 최초의 그래핀 장치가 나왔고, 2004년에는 "원자적으로 얇은 탄소 필름에서의 전기장 효과"라는 제목으로 분야를 창시한 논문이 사이언스(Science)에 발표되었다. 그들이 분리해낸 것은 그래핀이었다. 이는 전자가 마치 질량이 없는 것처럼 행동하여 질량이 전혀 없는 디랙 페르미온으로 이동하는 독립적인 단일 원자층 탄소이다. 노보셀로프는 선형 스펙트럼이 실제로 무엇을 의미하는지 설명해 준 이론가 디마 흐멜니츠키(Dima Khmelnitsky)에게 공을 돌린다.

상과 그 이후

2010년 노벨 물리학상은 "그래핀이라는 재료에 관한 획기적인 실험"으로 가임과 노보셀로프에게 돌아갔다. 35세의 나이로 그는 1973년 브라이언 조셉슨(Brian Josephson) 이후 최연소 물리학상 수상자가 되었다. 영예는 순차적으로 찾아왔다. 2010년 네덜란드 사자 기사단 사령관 훈장, 2011년 왕립학회 회원, 2012년 신년 서훈에서 기사 작위, 2013년 레버흄 메달과 맨체스터 시 자유시민권, 2014년 온사거 메달, 2019년 미국 국립과학원 외국인 회원 선출, 2023년 중국 과학원 외국인 회원 선출이 그것이다. 그는 2013년 맨체스터 대학교의 랭워시 교수가 되었고 국립 그래핀 연구소의 초대 소장이 되었으며, 유럽 연합 집행위원회의 10억 유로 규모 그래핀 플래그십을 주도하는 데 일조했다. 그의 성과는 산업적 규모인데, 2024년 1월까지 475편의 동료 심사 논문을 발표했으며 세계에서 가장 많이 인용되는 연구자 중 한 자리를 차지하고 있다. 그 이후 그의 연구는 단일 시트를 넘어 반데르발스 이종 구조로 나아갔다. 서로 다른 2차원 재료를 층별로 조립하는 적층 구조는 사실상 고체를 주문대로 설계하는 방법이다. 2019년 그는 노벨상 수상자로서는 처음으로 싱가포르 국립대학교에 합류했고, 2021년에는 안토니오 카스트로 네토(Antonio Castro Neto)와 함께 2억 달러의 10년 펀딩을 받아 그곳에 기능성 지능형 재료 연구소를 공동 설립했다. 2026년에는 브레멘의 콘스트럭터 대학교 총장이 되었다. 2022년 그는 우크라이나 침공을 규탄하는 러시아 과학자들의 공개 서한에 서명했다.

잉크와 그래핀

그는 또한 예술가 정성룡(Zheng Shenglong)에게 사사받아 국제적으로 전시된 중국 전통 수묵화와 서예의 진지한 실천가이기도 하다. 그의 그림 중 하나는 시진핑(Xi Jinping)의 컬렉션에 소장되어 있다. 2015년 휘트워스 미술관 재개관 당시 그는 예술가 코넬리아 파커(Cornelia Parker)와 협업했다. 노보셀로프가 그래핀 가스 센서에 입김을 불자 운석 파편이 실린 불꽃놀이가 시작되었다. 센서에 사용된 그래핀은 블레이크, 컨스터블, 피카소, 터너, 거틴의 원본 드로잉에서 가져온 것이었다. 100마이크로미터 미만의 조각들이어서 작품 자체는 손상되지 않았다. 그는 2017년 비엔나컨템포러리에서 그래핀이 주입된 수묵화를 전시했고 2025년 베니스 비엔날레에서 전시를 기획했다. 그가 왜 그렇게 했는지에 대한 설명은 유난히 명확하다. "예술가와 과학자 모두 틀 밖에서 생각합니다… 과학자는 현상 전반에 걸쳐 공통 요소를 식별하여 일반 법칙을 설명하고, 예술가는 일반적으로 대중보다는 개인을 연구합니다. 우리는 같은 메달의 양면일 뿐입니다."

콘스탄틴이 천재로 불리는 이유

발휘되는 인지적 품질은 수학적 능력이 아니라 예외적인 실험 속도와 결합된 이상 징후 인식 능력이다. 그 건물에 있던 누구라도 사용한 테이프를 집어 들 수 있었다. 노보셀로프를 구별 짓는 것은 그가 버려진 물체를 실험으로 보았다는 것, 그리고 체르노골로프카와 네이메헌에서의 훈련을 통해 그 직감을 한 시간 안에 작동하는 장치로 변환할 수 있었다는 점이다. 그 자신의 문장이 모든 주장을 대변한다. "효과가 아무리 작더라도 - 우리가 매우 큰 무언가를 우연히 발견했다는 것은 분명했다." 작은 신호가 노이즈가 아니라 큰 사실임을 인식하는 것은 실험 물리학에서 가장 드문 일이며, 그 뒤를 이은 분야가 그가 얼마나 옳았는지를 측정하는 지표이다.

반대 사례도 공론화할 가치가 있다. 상은 공유되었으며 가임은 선임자였고 그의 박사 지도교수였다. 외부에서는 교수와 박사 후 연구원 사이의 공로를 명확하게 나눌 수 없다. 노보셀로프 자신은 지적 내용의 많은 부분을 다른 곳, 즉 그가 "과학의 정신"과 "디테일에 대한 광적인 주의"를 배웠다고 말하는 가임과, 데이터가 무엇을 의미하는지 설명해 준 흐멜니츠키에게 돌린다. 그리고 압도적인 단일 결과는 평생의 이론 체계보다 '천재'라는 단어에 대한 더 좁은 근거이다. 주목할 점은 노보셀로프 자신이 "천재"라는 단어를 사람에게는 결코 사용하지 않고 실험과 아이디어에만 사용한다는 것이다. 그 자신의 용법에 따르면 천재는 그 실험이었다.

유산

그는 러시아와 영국 시민권을 보유하고 있으며 이리나 바르볼리나(Irina Barbolina)와 결혼하여 두 딸을 두고 있다. 그가 쓰레기 한 조각에서 떼어낸 재료는 이제 글로벌 연구 산업이 되었으며, 접착 테이프를 이용한 기계적 박리법은 거의 모든 벤치에서 반복할 수 있을 만큼 간단하다. 그것이 이야기의 가장 이상한 부분이다. 금세기 가장 결과가 큰 물리 실험 중 하나를 테이프 한 롤 가격으로 할 수 있다. 단 한 사람만이 그것을 볼 생각을 했다.