• 한국자기학회지
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• 제23권1호
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• pp.1-6
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• 2013

스핀 궤도 각운동량의 상호작용은 저차원계 자성물질에서 나타나는 여러 가지 특이한 현상들의 물리적 원인을 제공하는 것으로 알려져 있다. 최근 들어 자성 도핑을 이용한 열전 물질의 합금에 대한 관심이 높아지면서, 열전 및 위상 절연체(Topological Insulator) 등의 물리적 성질 결정에 중요한 역할을 하는 페르미 에너지 준위 부근에서의 전자구조에 대한 스핀 궤도 각운동량의 효과 연구가 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 가장 일반적인 열전 호스트 물질인 비스무스 텔루라이드의 격자 상수 및 부피 팽창률에 대한 스핀 궤도 각운동량 상호작용의 효과를 연구하기 위하여 모든 전자(all-electron) FLAPW(full-potential linearized augmented plane wave) 방법을 이용하여 전자구조 계산을 수행하였다. 국소밀도 근사법 및 일반 기울기 보정법의 서로 다른 교환상호작용 퍼텐셜을 채용하고, 수평격자 및 수직격자를 분리하여 변화시키는 구조최적화 계산을 통하여, 스핀-궤도 각운동량 상호작용의 효과가 격자상수 평형 값을 약하게 증가시키는 반면, 부피탄성률을 크게 감소시키는 영향을 주며, 그 효과는 구조적 이방성이 뚜렷한 비스무스 텔루라이드의 특성에 의하여 격자방향에 대한 의존성을 보인다는 것을 확인했다.

• 한국자기학회지
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• 제18권6호
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• pp.211-216
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• 2008

Si이 체심입방구조(body centered cubic; bcc) Fe에 불순물로 포함된 경우에 Fe의 전자구조와 자성에 미치는 영향을 스핀-궤도 상호작용(spin-orbit coupling, SOC)을 고려한 제일원리방법을 통하여 연구하였다. Si 불순물의 효과를 기술하기 위하여 27개의 원자가 포함된 bcc Fe 초격자 구조를 고려하였다. 제일원리방법은 전전자 총퍼텐셜선형보강평면파(all-electron full-potential linearized augmented plane wave, FLAPW) 방법을 일반기울기 근사(generalized gradient approximation, GGA) 하에서 계산하였다. 스핀-궤도 상호작용은 스핀대각항 만을 고려한 이차변분방법을 이용하여 자체충족적으로 계산하였다. SOC를 고려하지 않은 강자성(ferromagnetic, FM) 상태의 경우 Si 불순물의 경우에는 $-0.143{\mu}B$의 스핀 자기모멘트가 계산되었으며, Fe 원자가 Si 불순물에서 멀어지면서 각각 $2.214{\mu}B$, $2.327{\mu}B$, 및 $2.354{\mu}B$의 값을 얻었다. 그러나, SOC를 고려한 경우 Si 불순물의 스핀 자기모멘트는 $-0.144{\mu}B$로 계산되어 SOC의 효과가 크지 않았으나, Fe 원자의 경우 각각 $2.189{\mu}B$, $2.310{\mu}B$, 및 $2.325{\mu}B$로 계산되어 SOC를 고려한 경우 스핀 자기모멘트 값이 줄어드는 것을 알 수 있었다. 총전하 및 스핀밀도의 비교와 상태밀도의 비교를 통하여 이러한 현상은 Si 불순물에 의한 영향을 가리는데 참여하는 Fe 원자의 $t_{2g}$ 전자 궤도의 변형의 효과로서 SOC를 고려할 때만 얻을 수 있다.

• 한국자기학회지
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• 제21권1호
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• pp.1-4
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• 2011

정육면체 전이금속 산화물 FeO, MnO의 자기적 상호작용을 제1원리의 범밀도함수법을 이용하여 계산하였다. 그 결과, 모두 초교환작용으로 인해 반강자성적 상호작용이 가장 낮은 에너지를 가지고 있었다. 자기이방성은 반강자성 스핀 배열의 FeO 클러스터에서만 발견되었다. 그 원인은 <111> 방향으로 각운동량을 가지는 3d down-spin 전자의 스핀-궤도 결합에 기인하였다.

• 한국자기학회:학술대회 개요집
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• 한국자기학회 2015년도 임시총회 및 하계학술연구발표회
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• pp.129-129
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• 2015

• 한국자기학회지
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• 제26권2호
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• pp.39-44
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• 2016

대표적 열전물질인 비스무스 텔루라이드에 자성원자를 도핑한 합금에 대한 구조 및 전자적 그리고 자기적 성질에 관한 연구는 고효율 열전물질의 개발이라는 목적뿐만 아니라 특이한 자기적 상호작용 규명 및 위상절연체 분야에서도 큰 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 희토류 원자로서 매우 국소화된 f 전자를 갖는 Gd이 Bi을 치환하여 도핑된 비스무스 텔루라이드 합금의 자성 안정성을 밀도범함수(Density Functional Theory)에 입각하여 제일원리적으로 연구하기 위하여 모든 전자(all-electron) FLAPW(full-potential linearized augmented plane-wave) 방법을 이용하여 전자구조 계산을 수행하였다. 전자간 교환-상관 상호작용은 일반기울기 근사법(Generalized Gradient Approximation)을 도입하여 계산하였으며, 국소화된 f 전자를 기술하는 데 필요한 Hubbard+U 보정과 스핀-궤도 각운동량 상호작용은 제2 변분법적 방법을 이용하여 고려하였다. 계산 결과, 강자성 안정성을 보이는 Gd 덩치계와 다르게 이 합금은 강자성과 반강자성의 총에너지 차이가 ~1 meV/Gd 정도의 아주 작은 값으로 얻어져서, 그 자성 안정성은 결함이나 strain 등에 의한 구조변화에 민감하게 의존하여 변할 수 있음을 알 수 있었다. 특히 Gd 스핀자기모멘트는 덩치에서의 값에 비해 감소하였고, Gd에 가장 가까운 Te에 유도 자기모멘트가 형성되는 것으로 미루어 Te를 매개로 한 자성상호작용이 자성 안정성을 결정하는 데에 중요한 역할을 하는 것으로 예측할 수 있었다.

• 한국자기학회지
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• 제17권5호
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• pp.215-220
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• 2007

초교환 상호작용은 MnO, $MnF_2$와 같은 전이금속 화합물에서 나타나는 반강자성을 설명하기 위해서 도입된 상호작용이다. 이 초교환 상호작용에 스핀-궤도 결합 효과를 포함시키면 비등방성 초교환(Dzyaloshinskii-Moriya: DM) 상호작용이 된다. 이 비등방성 초교환 DM 상호작용으로 ${\alpha}-Fe_2O_3$, $MnCO_3$, $CrF_3$ 등에서 나타나는 약강자성을 설명할 수 있다.

• 한국자기학회지
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• 제26권4호
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• pp.119-123
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• 2016

Cu 원자 4개를 포함한 cubane 구조의 분자자성체의 전기구조 및 자기적 성질을 제1원리의 범밀도함수법을 이용하여 계산하였다. 계산 된 결과, Cu 원자는 +2가를 가지며, 팔면체 배위자중 면내 짧은 4개의 배위산소원자로 인해 3d $x^2-y^2$ hole 궤도를 가지고 있었다. 스핀배열에 따른 총 에너지 계산에서 면내는 반강자성, 면간은 강자성 자기구조가 가장 안정되었다. 교환상호작용 J의 크기는 면내의 J가 훨씬 크고 반강자성 성질을 나타내었으며, 나머지 면간의 J값은 아주 작았다. 이러한 원인은 Cu $x^2-y^2$ hole 궤도정렬로 인하여 면내 강한 초교환상호작용의 결과이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.81-81
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• 2012

XMCD (X-ray Magnetic Circular Dichroism)는 원형 편광 X-선의 helicity 방향이 시료의 자화 방향과 평행, 또는 반평행할 때 시료의 색이 바뀌는 현상, 즉 흡수율이 달라지는 현상이다. XMCD측정이 가지는 장점은 첫째, 이 실험이 특정 원소의 흡수선에서 이루어지기 때문에 시료 전체에서 특정 원소에 의한 자기적 성질을 분리해서 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 같은 원소라 하더라도 다른 화학적 환경에 있는 원자들의 자기적 성질의 분리가 가능하다는 점이다. 이러한 성질로 인해 XMCD는 다른 원소들로 이루어진 다층 박막(GMR, TMR 등의 자기저항박막 구조물)의 층별 자기적 성질 연구 및 신자성물질의 자기적 성질의 고유성 연구에 많이 이용되었다. XMCD가 가지는 두 번째 장점은 sum rule을 통하여 자기 모멘트의 두 가지 성분인 궤도 모멘트(orbital moment)와 스핀 모멘트(spin moment)의 구별이 가능하다는 점이다. 이러한 장점은 수직자기 메모리 연구 및 스핀과 격자 간의 상호작용이 중요한 역할을 하는 다강체 등의 연구에 많이 이용되어 왔다. XMCD 측정이 또 다른 장점이 될 수 있는 것은 표면에 대단히 민감하다는 점이다. VSM, SQUID 등의 측정방법으로는 시료의 체적이 대단히 작은 수 ${\AA}$ 정도의 초박막에 대해서는 충분한 민감도를 가질 수 없다. 그러나, XMCD의 측정 깊이는 수십 ${\AA}$ 정도로 표면에 민감하기 때문에 이러한 초박막에 대해서도 충분한 민감도를 가질 수 있어서 SMOKE(Surface Magneto-Optical Kerr Effect)와 표면 자성연구에 있어서 독보적인 장치로 이용되어 왔다. 이러한 장점으로 인해 XMCD는 1990년대 이후 분광학적으로 활발히 이용되어 왔을 뿐만 아니라, 대단히 빠르고 신호가 큰 현상이기 때문에 최근 들어서는 자구(magnetic domain) 관찰 등을 목적으로 한 자기 현미경 및 자기현상의 동역학 연구에도 많이 응용되고 있다. 이 강연에서는 이러한 X-선 자기 원형 이색성 현상의 원리 및 실험 방법 등을 설명하겠다. 또한 몇 가지 X-선 자기 원형 이색성을 이용한 최근 몇 가지 연구도 소개하려 한다.

• 한국자기학회지
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• 제22권2호
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• pp.66-72
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• 2012

강자성 초전도체의 발견은 상극으로 알려진 강자성과 초전도성이 어떻게 상호작용하여 조화롭게 공존하는지에 대한 학문적인 연구뿐만 아니라 새로운 기술적인 응용을 위한 광범위한 탐구를 이끌고 있다. 본 해설논문에서는 강자성 초전도체에 대한 이해를 돕기 위하여, 먼저 초전도체의 쿠퍼쌍을 깨뜨리는 강한 자기장의 궤도 효과와 상자성 효과에 대하여 설명한다. 자기장의 이러한 효과 이외에도 초전도체/강자성체 복합 구조의 계면에서 발생하는 근접 효과에 의해 단일상 쿠퍼쌍은 강자성체를 지나가는 동안 불안정하여 아주 짧은 침투깊이를 가진다. 그러나 쿠퍼쌍이 홀-진동수 삼중상인 경우 안정되고 긴 유효길이를 가지게 되는데, 새로운 스핀 전자소자로서의 개발을 위해 그 연구의 중요성이 높아지고 있다. 마지막으로 다양한 강자성 초전도체와 양자구속효과에 의해 두 성질이 공존하는 저차원의 물질들을 소개한다.

• 대한화학회지
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• 제24권2호
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• pp.91-100
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• 1980

축방향대칭을 갖는 팔면체 $[Ti(III)A_3B_3]$형태 착물의 자기모멘트를 계산하는 식을 유도하여 distortion parameter$({\delta})$, 스핀-궤도 상호작용상수$({\zeta}')$ 및 orbital reduction factor의 실험치를 사용하여 이들 착물의 자기모멘트를 계산하였다. 축방향으로 일그러진 팔면체 $[Ti(III)A_3B_3]$형태 착물의 계산한 자기모멘트가 실험치와 비교적 일치하였다. 팔면체로부터 축방향 일그러짐이 커짐에 따라 그리고 orbital reduction factor가 감소함에 따라 계산한 자기모멘트의 값이 크게 감소하였다. 축방향대칭보다 낮은 리간드장으로 일그러진 팔면체착물의 자기모멘트를 계산하는 방법을 발전시켰으며 계산한 자기모멘트를 기초로 하여 일그러진 팔면체 $[Ti(III)A_3B_3]$형태 착물의 구조를 논의하였다.