존 포플

1. 개요

존 포플은 영국의 이론 화학자이자 수학자이다. 그는 분자 궤도 이론, 특히 파이 전자 계에 대한 근사법, CNDO 및 INDO 방법, 그리고 GAUSSIAN 프로그램 개발에 기여했다. 1998년 노벨 화학상을 수상했으며, 1961년 왕립학회 회원으로 선출되었다.

2. 생애

존 포플은 1925년 서머싯에서 태어나 존 레너드존스에게 수학을 배웠고, 1951년 케임브리지 대학교에서 수학 박사 학위를 받았다. 1964년 미국으로 건너가 카네기 멜론 대학교 물리화학과 교수를, 1986년부터는 노스웨스턴 대학교 화학과 교수를 역임했다. 1961년 왕립학회 회원으로 선출되었다.

2.1. 초기 생애 및 교육

1925년 영국 서머싯주 버넘온시에서 태어났다. 브리스틀 문법학교를 졸업하고, 1943년 케임브리지 대학교 트리니티 칼리지 장학금을 받았다. 1946년에 케임브리지 대학교에서 수학 학사 학위를 받았다. 1945년부터 1947년까지 브리스틀 항공기 회사에서 근무했다. 이후 케임브리지 대학교로 돌아와 존 레너드-존스에게 수학을 배우고, 1951년 비공유 전자쌍에 관한 논문으로 수학 박사 학위를 받았다.

2.2. 경력

1954년부터 케임브리지 대학교 수학과 강사로 재직했다. 1958년 영국 국립 물리 연구소로 자리를 옮겨 기초 물리학 부서장을 맡았다. 1964년 카네기 멜론 대학교 펜실베이니아주 피츠버그로 자리를 옮겼다. 1986년부터 노스웨스턴 대학교 화학과 교수를 역임했으며, 1993년 일리노이주 에반스턴에 있는 노스웨스턴 대학교로 자리를 옮겨 사망할 때까지 이사회 교수(Trustees Professor)직을 역임했다.

3. 연구 업적

존 포플의 주요 업적은 분자궤도법 이론을 만든 것이다. 1953년 루돌프 파리서, 로버트 파알과 함께 π전자계의 근사법인 파리서-파알-포플법(PPP 근사)을 고안했다. 1965년경부터는 분자의 주요 구성 원자가전자 전체를 다루는 반경험적 분자궤도법인 CNDO법(Complete Neglect of Differential Overlap법), INDO법(Intermediate Neglect of Differential Overlap법)을 개발했다.

이후 비경험적 분자궤도법(ab initio methods) 개발을 진행하여 1970년에는 GAUSSIAN 70 개발에 기여했다.

3.1. 분자 궤도 이론

1953년 루돌프 파리서, 로버트 파알과 함께 파이 전자 계에 대한 근사법인 파리서-파-포플 방법(PPP)을 개발했다. 1965년에는 3차원 분자에 대한 근사 분자 궤도 계산 방법인 CNDO와 INDO 방법을 개발했다. 1970년에는 데이비드 베버리지와 함께 이러한 방법들을 설명하는 "근사 분자 궤도 이론(Approximate Molecular Orbital Theory)"을 공동 집필했다.

한편, 반경험적인 CNDO법이나 INDO법에는 여러 매개변수의 신뢰성을 높이는 것과 d전자계로의 응용 등이 어렵다는 단점이 있었다. 이를 극복하는 방법으로 비경험적 분자궤도법 개발을 진행하여 1970년에는 GAUSSIAN 70을 개발했다. GAUSSIAN은 양자화학 교류 프로그램 기구를 통해 전 세계에 보급되었고, 4년마다 개정될 때마다 월터 콘이 제창한 밀도범함수이론을 도입하는 등 개량이 계속되었다. 오늘날 ab initio 계산 프로그램으로 가장 널리 사용되고 있다.

3.2. 비경험적 분자 궤도법 (Ab initio)

포플은 ab initio 양자화학 방법이라 불리는 더욱 정교한 계산 방법의 개발을 개척했는데, 이 방법은 파동 함수를 모델링하기 위해 기저 함수 집합을 사용하며, 슬레이터형 오비탈 또는 가우스형 오비탈을 사용한다. 그는 가장 널리 사용되는 계산화학 패키지 중 하나인 Gaussian 프로그램 모음 개발에 중요한 역할을 했으며, 1970년 Gaussian 70의 첫 번째 버전 공동 저술자이기도 하다. 그의 연구팀은 Gaussian-1(G1) 및 Gaussian-2(G2)와 같은 양자화학 복합 방법을 개발했다.

Gaussian 분자 오비탈 방법은 1986년 워런 헤레, 레오 라돔, 폴 폰 라구에 슐라이어 및 포플이 저술한 "Ab initio molecular orbital theory"에 설명되어 있다.

GAUSSIAN은 양자화학 교류 프로그램 기구를 통해 전 세계에 보급되었고, 4년마다 개정될 때마다 월터 콘이 제창한 밀도범함수이론을 도입하는 등의 개량이 계속되었다. 오늘날 ab initio 계산 프로그램으로 가장 널리 사용되고 있다.

3.3. 기타 연구

포플은 물의 통계역학에 관한 초기 논문을 작성했는데, 마이클 J. 프리스치(Michael J. Frisch)에 따르면 "수년 동안 표준으로 남아 있었다". 이 논문은 존 레너드-존스(John Lennard-Jones)의 지도하에 케임브리지 대학교에서 작성한 박사 학위 논문 주제였다.

포플은 초기 핵자기공명(NMR) 연구 시절에 기저 이론을 연구했고, 1959년에는 W.G. 슈나이더와 H.J. 번스타인과 함께 교과서 고해상도 핵자기공명을 공저했다.

4. 수상 및 영예

5. 저서

1959년 W.G. 슈나이더, H.J. 번스타인과 함께 교과서 고해상도 핵자기공명을 공저했다.

6. 개인사

포플은 1952년 조이 보워스와 결혼하여 2002년 그녀가 암으로 사망할 때까지 결혼 생활을 유지했다. 2004년 시카고에서 간암으로 사망했으며, 슬하에 딸 힐러리와 아들 에이드리언, 마크, 앤드류를 두었다.