부경대 황재열 교수, 희토류 원소 대체할 새 자성물질 개발

부경대학교는 최근 황재열(사진) 물리학과 교수가 성균관대 김성웅 에너지과학과 교수와 공동으로 강자성 특성을 갖는 전자화물 자성물질을 처음으로 합성하고, 자성 구현 원리를 밝히는 데 성공했다고 31일 밝혔다.

자성체는 하드디스크, 발전기, 전기모터 제작 등 현대산업에 사용되는 필수소재다. 자성체 제작에는 우수한 자석 성질을 갖는 희토류 원소가 주로 쓰이는데, 희토류 원소는 고가에다 불안정한 공급 등의 문제로 이를 대체할 수 있는 자석 소재 개발의 필요성이 제기됐다.

황 교수 연구팀은 이번 연구에서 전자들이 층간에서 주변 양이온과 강한 상호작용(exchange interaction)을 통해 강자성 특성이 발현되는 2차원 전자화물 자석 소재(Gd2C)를 개발했다.

이와 함께 2차원 층상구조에서 층간의 빈 공간에 독립적으로 위치하면서 고유의 자기모멘트(magnetic moment)를 갖는 격자 간 음이온 전자의 존재를 세계 최초로 규명하는 데 성공했다.

이번 연구는 기존의 희토류 원소에 의해 자성을 갖는 일반적인 원리와는 달리, 격자 간 음이온 전자가 고유의 자기모멘트를 가지면서 주변 원자와 상호작용을 통해 자성특성을 발현한다는 새로운 자성 구현 원리를 제시했다는 점에서 물리학적 의미가 크다는 평가를 받았다.

황 교수는 "이 연구에서 제시된 전자화물 소재에서의 새로운 자성특성 발현 원리를 이용하면 자석 소재 합성에 필요한 고가의 희토류 원소 사용을 줄이고, 저가 원소로 이뤄진 차세대 자성소재와 응용물성 개발도 가능할 것"이라고 설명했다.

한편 이번 연구결과를 담은 논문 'Ferromagnetic quasi-atomic electrons in two-dimensional electride'는 네이처 자매지인 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 지난 23일 게재됐다.

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권태혁 기자

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