흑연 영구자석의 원리 규명
이철의 교수팀은 과학기술부 21세기프론티어사업의 일환인 양성자기반공학기술개발사업(단장 최병호)의 2.5MeV 양성자 가속기를 이용, 흑연에 양성자 빔을 조사한 결과 빔을 쪼인 부분만이 자성을 띠는 것을 확인했다. 이 교수팀은 이를 통해 흑연을 영구자석으로 만드는 힘은 생성된 원자 자석들 사이의 직접적인 상호작용임을 밝혀냈다.
이 교수 팀에 따르면 영구자석을 형성하는 힘은 양성자 빔을 쪼여서 만들어진 원자규모 자석들 사이의 직접적인 상호작용이며, 이는 철, 코발트 및 금속화합물 등 영구자석의 경우와 같은 원리이다. 최근 큰 관심을 끌었던 거대자기저항물질 (자기장에 의하여 전기전도도가 급격하게 증가하는 물질)과 달리 자유 전하들은 영구자석의 형성을 돕지 않으며, 양성자 빔을 쪼인 부분만이 영구자석이 된다는 것도 확인하였다.
최근 몇 년 사이에 양성자(수소, 원자핵) 빔을 쪼인 흑연이 영구자석으로 변한다는 것이 확인되었지만, 그 원리는 알려지지 않은 채로 남아있었다. 이번 연구결과는 양성자가속기 분야의 핵심기술을 응용한 것으로, 현재까지 가능성 수준에서 검토되는 흑연 영구자석 관련 연구가 한층 활기를 띨 것으로 예상된다.
기존의 영구자석은 철, 코발트, 희토류 원소 등의 금속이나 화합물로 이루어진 것들로 단단하지만 무겁고 전기전도도가 매우 높다. 가볍고 전기전도도를 조절할 수 있는 영구 자석으로서 유기물질로 만들어진 자석들이 보고되었지만, 이들은 충격과 열에 약하고 극저온에서만 자석이 된다는 단점이 있다. 이에 반해 탄소는 가볍고 단단하며 자기장을 사용하여 전기전도도를 조절할 수 있다.
마이크로미터 이하의 직경을 가지는 양성자 빔을 사용하면 초경량의 초미세 가공된 문양을 가지는 흑연 자기기록매체를 만들 수 있으며, 이는 우주선 및 초경량 노트북 등에 적용될 수 있다. 나노 크기의 양성자 빔을 쪼임으로써 10억분의 1미터에 해당하는 세상에서 제일 작은 탄소 영구자석을 만들 수도 있다. 초소형의 자석을 인체의 종양에 주입하여 파괴적인 열을 발생시키는 열원으로 사용하는 암 치료법으로의 활용도 검토되고 있다.
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