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[R&D PLUS] 김성웅 성균관대 교수, 음이온 역할 하는 전자 이용한 새로운 자석 소재 개발

입력 : 2020.04.08 14:50

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[첨단 헬로티 = 김동원 기자] 자석은 일상에서 매우 중요한 소재로, 하드디스크 및 전기 모터 등 다양한 분야에 응용되고 있다.

 

일반적으로 자석 소재는 고가의 희토류 원소를 주요 구성요소로 한 합금 형태로 이루어져 있으나, 희토류 원소에 대한 가격 부담 및 안정적인 원료 공급에 대한 문제로 인해서 새로운 자석 소재에 대한 필요성이 대두되는 상황이다.

 

 

▲ 김성웅 성균관대 교수팀은 강자성 특성을 가진 전자화물 자석 소재를 세계 최초로 합성하고 그 원리 규명에 성공했다. (사진 : 성균관대학교)

 

지금까지 자석 소재에 필수 구성요소로 여겨졌던 희토류 원소를 사용하지 않거나 그 사용량을 현저히 감소시킨 새로운 자석 소재의 개발을 위한 하나의 가능성으로, 격자간 음이온 전자로 이루어진 ‘전자화물’에 대한 연구가 주목받아왔다.

 

하지만 격자간 음이온 전자가 독립적으로 소재 내부의 빈 공간에 존재할 경우 강자성 특성을 발현할 수 있다는 이론적인 예측은 보고되었으나, 이러한 아이디어를 활용하여 새로운 자성 소재의 합성에 성공한 예는 없었다.

 

성균관대학교는 김성웅 에너지과학과 교수 연구팀이 강자성 특성을 가진 전자화물 자석 소재를 세계 최초로 합성하고 그 원리 규명에 성공했다고 밝혔다.

 

김성웅 교수 연구팀은 2차원 층상구조의 층간의 빈 공간에 독립적으로 위치하면서 고유의 자기 모멘트(magnetic moment)를 갖는 격자간 음이온 전자의 존재를 세계 최초로 규명했다.

 

또한 이러한 전자들이 층간에서 주변 양이온과 강한 상호작용(exchange interaction)을 통하여 강자성 특성이 발현되는 2차원 전자화물 자석 소재(Gd2C)를 개발하는 데에도 성공했다.

 

이번 연구는 2차원 전자화물 자석 소재(Gd2C)는 희토류 원소(Gd)만으로 이루어진 기존 자석보다 더 강한 자기 모멘트를 가지고 있어, 전자화물 소재를 응용하면 희토류 원소를 줄이면서도 동일한 자기 특성을 갖는 새로운 자석 소재 개발이 가능하다는 것을 보여줬다.

 

또, 기존의 희토류 원소가 자성을 발현한다는 일반적인 원리와는 다르게, 격자간 음이온 전자가 고유의 자기 모멘트를 가지면서 주변 원자와 상호작용을 통해 자성특성을 발현한다는 새로운 자성 구현 원리를 제시하기도 했다.

 

이론적으로만 제시된 자석 전자화물 소재 연구의 한계를 극복하고 처음으로 강자성체 특성을 갖는 전자화물 합성에 성공한 사례이기도 하다.

 

이번 연구가 제시하는 전자화물 소재에서의 새로운 자성특성 발현 원리를 이용한다면, 자석 소재 합성에 필요한 고가의 희토류 원소 사용을 줄이고 더 나아가 저가 원소로 이루어진 전자화물의 자석 소재 개발이 가능할 것으로 기대된다.

 

이번 연구 성과는 과학기술분야 세계적인 학술지인 네이쳐 커뮤니케이션즈에 3월 23일 게재됐다.

/김동원 기자(eltred@hellot.net)

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  • macm**** 2020/04/08 15:04 | 신고

    주권.자격.학벌없이 한양대,중앙대,경희대,외국어대,건국대,인하대,이화여대,숙명여대,연세대,고려대, 왜구 동국대,시립대,서울대는 300년정도 이이제이 필요. 학벌은 교과서 자격 국사 성균관(성균관대)이 최고. http://blog.daum.net/macmaca/2926

  • macm**** 2020/04/08 15:04 | 신고

    대학은 배치표가 아니고, 점수발표가 꾸준해야, 배치표도 인정되는데, 주권.학벌없는 경성제대 후신 서울대가 점수발표가 꾸준한 대학이 아님. 대학학벌이나 역사파악은 국사나 세계사(참고서 포함), 국내법.국제법, 정부간행 백과사전, 여러가지 백과사전, 학술서적등이 가장 좋은 자료임. 그래서 국민들이 쉽게 접할수 있는 입시전문지 베리타스 알파 상위 15개대를 이렇게 정리함. Royal 성균관대와 성대 다음 Royal대 예우 서강대는 일류.명문대>그 뒤의 입시점수 상위대학들로는 주권없고 학벌없는 패전국 일본 잔재와 그 밑 대학들. 경성제대 후신 서울대는 해방당시 자퇴.등록거부하던 그런 주권.학벌없는 일본 잔재. 국사 성균관 중심 적응시킴. 입시전문지 베리타스 알파 상위 15개대 정리. Royal성균관대(한국 최고대)와 서강대(성대 다음)는 일류.명문대학.

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