단층 $MoS_2$는 1H 상을 가질 때 에너지적으로 가장 안정하다고 알려져 있지만, 전자선 등을 이용하여 에너지를 가하면 1T 상으로 상전이를 일으킬 수 있다. 1T 상도 1H 상과 마찬가지로 상자성 상태가 에너지적으로 안정하지만 1H $MoS_2$에 국소적인 1T 상이 존재하는 구조는 자성을 가질 수 있음을 알았다. 본 연구에서 도입한 ($2{\times}2$) 초격자에 2H와 1T가 3 : 1의 비율로 존재하는 국소 1T 구조 일 때 계산된 자기모멘트는 약 $0.049{\mu}_B/MoS_2$이었으며, 초격자 내의 1T 환경의 Mo 원자가 대부분의 자기모멘트를 기여하는 것으로 나타났다. 따라서 단층 $MoS_2$ 내에 자연스러운 자성/비자성 경계가 생성되므로 단층 $MoS_2$가 스핀트로닉스 소자로 응용 가능할 것으로 기대한다.
최근 거대자기저항(Giant magneto resistance)과 성질상으로 닮고 spin-valve와 같은 작용을 하는 ferromagnet(FM)/semiconductor, magnetic semiconductor(MS)/semiconductor 등의 다층막이 만들어지고 있으며, 비자성반도체에 spin-injection을 통한 spin-dependent electronic devices의 제작을 위한 연구가 활발히 진행중이다. 이처럼 III-FM-V, II-FM-Ⅵ, IV-FM 구조의 자성반도체(Magnetic semiconductor)에 대한 연구는 자기적 요소에 기반을 둔 반도체로의 적용가능성을 보임으로 많은 주목을 끌고 있다. 우리가 선택한 MnGe이 다른 자성반도체에 대해 상대적으로 가지는 이점은 다음과 같다. (중략)
본 연구에서는 포화지방산으로 피복된 초미립 마그네타이트(Magnetite, Fe$_{3}$$O_{4}$) 중에 nonanoic acid가 용해되어 있는 알칼리 수용액을 첨가한 후, 이들 슬러리(slurry)를 건조하여 kerosene에 분산시켜 유상자성유체를 제조하였다. Stearic acid 첨가량에 따른 분산율의 변화를 조사한 결과 stearic acid 첨가량이 증가함에 따라 분사율은 증가하였으나, 2.6 * $10^{-2}$ mol 이상에서는 분산율이 78%로 감소하 였다. Stearic acid로 피복된 마그네타이트에 의해 유상자성유체제조시 분산안정제로서 사용된 nonanoic acid 첨가량에 따른 분산율의 변화를 조사한 결과 nonanoic acid 를 첨가하지 않은 경우 분산이 일어나지 않았으나, nonanoic acid를 첨가함에 따라 분산율은 급격히 증가하였다. 포화지방산을 계면활성제로 사용하여 흡착-유기상 분산 법에 의해 유상자성유체를 제조한 결과, $C_{12}$ ~ $C_{16}$ 지방산을 사용하여 유상자성유체를 제조할 경우 20% 내외의 분산율을 나타내었다. 분산제로서 Nonanoic acid를 사용하여 유상자성유체를 제조할 경우 $C_{10}$ 지방산으로 제조한 유상자성 유체는 분산이 일어나지 않았으나, C 사슬의 길이가 증가함에 따라서 분산율은 급격히 증가하였으며 $C_{15}$ 지방산 부터는 90% 이상의 분산율을 나타내었다.
전도성 저항특성이 우수한 비정질 CoFeHfO재료의 자화곡선 및 토오크 측정으로부터 포화자화량 및 일축이방성상수를 도출하였으며, 이들 결과를 Landau-Lifshitz-Gilbert(LLG) 이론에 적용하여 마이크로파대역의 복소투자율 특성을 분석하였다. LLG 분석 결과 CoFeHfO 박막 재료의 감쇠상수(damping factor)는 ${\alpha}$ = 0.014로 매우 작은 값을 보였다. 이는 CoFeHfO 재료 내에 존재하는 다양한 자성상(magnetic phase)들 중 감쇠상수가 현저히 작은 자성상들에 의하여 유발되었음을 자기장의 세기에 따른 FMR(ferromagnetic resonance) 신호의 선폭 분석을 통하여 알 수 있었다.
희토류계 영구자석은 대부분의 전기, 전자 제품의 핵심부품이며 높은 보자력, $BH_{max}$를 가지고 있어 자기기록저장매체, MEMS(엑츄에이터), 소형센서, 소형모터 등의 응용 분야에 적용시키기 위해 다양한 연구들이 진행되고 있다. 그러나 영구자석에 들어가는 희토류계 원소의 수급의 어려움 및 가격의 문제점으로 친환경 자석으로의 전환 및 희토류나 중희토류를 사용하지 않는 비희토류계 영구자석을 제조 및 개발하는데 많은 연구가 이루어지고 있다. 이 중 Fe-N 계 자성물질인 $Fe_{16}N_2$는 포화 자화 값이 현재까지의 비희토류계 자성물질 중 가장 높은 값(240emu/g)을 나타내며 상대적으로 높은 결정자기이방성 상수를 가지고 있어 비희토류계 영구자석 물질 중 하나로 주목받으며 연구되어지고 있다. 본 연구에서는 $Fe_{16}N_2$ 박막을 얻기 위해 DC Magnetron Sputtering 방법을 이용하여 Si wafer 위에 박막을 증착하고 증착시간에 따라 두께를 제어하여 제조한 후 박막의 미세구조, 상 분석, 자성 특성을 관찰을 통해 최적의 공정 조건을 찾고자 하였다. 증착 시간에 따른 박막의 성장 속도는 일정하게 증가하였으며, 증착 시간의 증가에 따라 박막 내 $Fe_{16}N_2$의 상대적인 분율은 감소하였다. 모든 공정 조건에서 $Fe_3N$, $Fe_4N$, $Fe_{16}N_2$ 상들이 섞여 성장하였으며 XRD를 통한 상분석과 더불어 VSM을 통한 자성 특성을 분석해본 결과 $Fe_{16}N_2$의 분율을 가장 높게 성장된 공정 조건은 증착 시간이 10분이며 박막의 두께가 ${\sim}1{\mu}m$ 일 때, 최적의 조건을 얻을 수 있었으며, 이 때의 자성 특성을 분석한 결과 ~2.45T의 포화 자화 값과 ~1.41T의 잔류 자화 값을 얻을 수 있었다.
Mn((Cu0.66AI0.34)1-x(Bi0.3Sb0.7)x) 및 Mn((Fe0.66AI0.34)1-x(Bi0.3Sb0.7)x) 합금계의 상의 변화와 자기적 특성을 조사하였다. Mn((Cu, SI)(Bi, Sb)) 합금계는 Bi상, MnSb상, MnBi상, k-상, Heuser상, Mn2Sb 및 $\beta$-Mn상의 혼합상으로 이루어졌으며 x가 증가함에 따라 Bi상과 Mn2Sb상이 증가하고 K-상, Heusler상 및 $\beta$-Mn상이 줄어들거나 사라졌다. 자기적 성질은 자성을 띄는 MnSb상, MnBi상, Mn2Sb상, k-상 및 Hseusler상과 비자성인 Bi상과 $\beta$-Mn상의 상대적 분율에 의해 결정됨을 알 수 있었고, 150K-200K 부근에서 그 이하로 온도가 감소함에 따라 자화값이 급격히 감소하는 현상이 나타났다. Mn((Fe, AI)(Bi, Sb))합금계는 Bi상, MnSb상, MnBi상, MnBi상,$\beta$-Mn상, k-상 및 Mn2Sb상의 혼합상으로 나타났으며, 자기적 성질은 조사한 전 조성에서 강자성을 띄고 있음을 알 수 있었다.
본 연구의 목적은 고정자장에서 이중원관내 인가자장의 방향 변화에 따른 자성유체의 열유동 특성에 관하여 실험적으로 연구하는 것이다. 이를 위하여 이중원관 내부원관은 $30^{\circ}C$로 유지하고 외부원관은 $25^{\circ}C$로 유지하였으며, 자성유체가 담겨져 있는 중앙관에 고정자장을 상하 좌우의 4방향으로 인가하였다. 인가자장은 영구자석 4개를 이용하여 이중원관 전체로 균일하게 인가하였고, 이중원관내 자성유체는 인가자장의 방향에 따라 열유동 특성이 변화였다. 결과적으로 인가자장을 상측면에서 인가하였을 경우 중력의 영향이 감소하는 방향으로 열확산이 이루어졌으며, 반대로 인가자장을 하측면에서 인가하였을 경우 외견상 중력에 자기 체적력이 추가되어 열확산이 촉진됨을 알 수 있다.
초미세립 복합상 영구자석은 연 경자성상의 크기와 분포에 큰 영향을 받는 자성재료이다. 또한, 결정립간 교환상호작용력은 초미세립 복합상 영구자석의 잔류자속밀도에 큰 영향을 미친다. 이에 $Nd_8Fe_{86-x}Nb_xB_6$(x=0, 1, 2, 3) 조성으로 급냉자성 분말을 제조하고, 열처리 후 자기특성을 평가하였다. Nb 첨가에 따른 $Nd_2Fe_{14}B$ 상과 $\alpha$-Fe 상과의 교환상호작용력을 Henkel(${\delta}M$) plot을 통해 평가하고, 각 상의 크기와 분포를 조사하여 자기특성 변화를 합리화하였다. 본 연구에서 얻은 최대 자기특성은 $B_r$ = 9.791 kG, $_iH_c$ = 5.565 kOe, 그리고 $(BH)_{max}$ = 14.61 MGOe였고, Nb를 첨가함으로서 보자력이 증가하였다.
그라파이트 산화물(graphite oxide;G.O)는 그라파이트와는 다르게 물에서의 분산 능력이 뛰어나고 다양한 기판상에 단일 G.O layer를 형성할 수 있는 특성을 가지고 있으며, 유연(flexible)하고 투명(transparent)하기 때문에 다양한 전 자기 디바이스에 적용 가능하다. 특히, 최근 자성산화물 나노입자(magnetic oxide nanoparticles)에 대한 연구가 집중되고 있는데, 이러한 자성 나노입자와 G.O와의 복합체에 대한 연구는 다양한 분야로의 적용성에 대한 새로운 길을 열어주고 있다. 본 연구에서는 화학적 처리법을 적용하여 자성 나노입자(Co 나노입자)와 G.O 복합체를 제조하였다. Natural Graphite powder (N.G)에 $H_2O_4$ (98%) 및 $(NH_4)_2SO_4$를 적정 몰비로 첨가하여 반응 시킨 후 공기 중에서 열처리 공정을 수행하여 expanded graphite (E.G)를 제조 하였다. 열처리된 E.G를 $1,050^{\circ}C$ 온도에서 15~30초 및 30~60초 동안 공기 중에서 열처리 하여 expanded graphite oxide (E.G.O)를 제조하였으며, E.G.O와 $Co(acac)_3$의 화학적 반응을 통하여 Co 자성나노입자-G.O 복합체를 제조하였다. N.G, E.G, E.G.O 및 E.G.O+Co입자의 결정구조 분석을 위하여 XRD 측정을 수행하였으며, FTIR을 이용하여 각 단계에서의 반응성에 대한 연구를 수행하였다. 각 단계에서 표면 및 내부 미세구조 특성 분석을 위하여 SEM, TEM, 및 EDX 분석을 수행하였으며, E.G.O+Co 복합체의 자기적 특성 평가를 위하여VSM (vibrating sample magnetometer) 측정을 수행하였다. 이러한 연구 결과는 향후 자성나노입자와 그라핀과의 복합화를 위한 기저 기술로 활용가능하리라 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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