새로운 연구 가운데 물질을 생성하는 방법에는 일반적으로 자석이나 적절하게 정렬된 입자의 존재가 필요합니다. 그러나 최근 물리학자들은 또 다른 자성 물질을 생성하는 방법을 발견하였습니다. 일본 물리학자 나가오키 요스케의 예측에 기반하여 과학자들은 특별히 설계된 물질 내에서 자성 현상을 관찰하였는데, 이 물질은 원자 층이 단 6개로 얇아진 것입니다.
이 발견은 최근 “네이처” 저널에 발표되어 나가오키 형태의 강자성을 50년 넘게 찾아온 노력 속에서 역사적인 성과라고 할 수 있습니다. 이러한 형태의 자성은 전통적인 자석과는 달리 물질 내의 전자들이 운동에너지를 최소화함으로써 나타납니다.
2020년에 실시된 연구에서 연구진들은 이 현상이 일어날 수 있는 가장 작은 체계인 3개의 전자만을 포함하는 시스템에서 나가오키 강자성을 창출해냈습니다. 이 새로운 연구에서 Ciorciaro 박사와 동료들은 두께가 2 나노미터인 얇은 층으로 이루어진 모이어 격자(모이레 라티스)라는 구조물을 만들어 동일한 실험을 재현하였습니다.
“이 연구는 상당히 흥미로운 모이어 격자의 응용 사례입니다. 상대적으로 최근에 등장한 이 격자의 사용 방식 중에서도 조금 다른 방식으로 자성을 드러냅니다,” 2020년 연구의 공동 저자인 Juan Pablo Dehollain은 말했습니다.
전통적인 강자성은 전자들이 서로를 특별히 좋아하지 않기 때문에 서로 떨어져 있으려는 성질을 바탕으로 합니다. 외부 자기장이 존재할 경우, 이 현상은 전자들의 스핀 순서에 영향을 주어 물질 내에 거대한 자기장을 만들어 냅니다. 그러나 나가오카의 이론에서 언급했듯이, 자성을 얻기 위해서는 반드시 전자 교환만을 의존할 필요는 없습니다.
Ciorciaro 박사와 그의 팀은 서로 얽혀 있는 복잡한 모이어 패턴으로 위에 쌓을 수 있는 단일 층의 원자 시트를 실험해보았습니다. 얇은 다층 모이어 물질에서는 전자와 물질의 행동이 변경될 수 있습니다. 연구진들은 전자의 수가 모이어 격자 상에서의 가능한 위치 수를 초과할 때, 자신들의 물질이 외부 자기장의 영향을 받아 자성화되기 더 쉬워졌다는 것을 관찰했습니다.
이 발견은 새로운 자기 특성을 가진 재료에 대한 실험을 위한 새로운 가능성을 열어줍니다. 과학자들은 나가오카에 의한 강자성에 대한 추가적인 연구가 자기 현상의 기본 원리에 대한 이해를 넓혀주고 전자공학과 기술 분야에서의 새로운 응용 분야를 개척할 수 있다고 믿습니다.
FAQ 섹션:
자주 묻는 질문
1. 나가오카 강자성이란 무엇인가요?
나가오카 강자성은 전자들이 운동에너지를 최소화함으로써 나타나는 자성 현상으로, 기존의 전통적인 자석과는 다른 원리에 기반합니다.
2. 모이어 격자란 무엇인가요?
모이어 격자는 얇은 다층 구조의 물질에서 서로 얽혀 있는 모양의 패턴입니다. 이 격자는 전자와 물질의 행동에 영향을 주며, 새로운 자기 특성을 만들어 낼 수 있는 재료 실험에 적용될 수 있습니다.
3. 나가오카 강자성은 어떻게 폭넓은 응용 분야에 기여할 수 있을까요?
나가오카 강자성에 대한 연구는 자기 현상의 기본 원리를 이해하는 데 도움을 주며, 전자공학과 기술 분야에서의 새로운 응용 분야를 개척할 수 있도록 해줍니다.
출처: www.nature.com
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