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.
자성 garnet(YIG)의 현재 가장 널리 쓰이는 microwave 자성재료 중 하나이며 자기적 손실이 적은 특성을 가지고 있다고 보고되어 지고 있다.[1] Microwave 소자로 응용하기 위해서는 포화자화값 (M$_{s}$ ), 보자력 (H$_{c}$), Neel 온도 (T$_{N}$)등을 제어하는 기술을 요구되어진다. 이러한 자성재료인 Garnet의 결정 내에는 octahedral-16a과 tetrahedral-24d 그리고 dodechahedral-24c의 세 개의 부격자가 있다. 이러한 부격자들에 치환되는 이온에 따라 자기적 교환 상호작용이 달라지게 된다. (중략)
강자성체/비자성 금속/강자성체/반도체 구조에서 층간교환강호작용(interlayer exchange coupling) 에너지가 외부 인가전압으로 제어 가능함을 이론적으로 보였다. 비자성 금속층으로 격리된 두 강자성층 사이의 층간교환상호작용 에너지는 강자성체/비자성 금속 계면에서 전자의 스핀에 의존하는 반사율의 차이에 의해 결정된다는 것은 잘 알려진 사실인데, 이를 각자성체/비자성 금속/강자성체/반도체 구조에 적용하여 층간교환상호작용 에너지가 강자성체/비자성 금속/강자성체 계면에서 전자의 반사율뿐 아니라 강자성체/반도체 계면에서의 반사율에도 의존한다는 것을 보였다 강자성체/반도체 계면에 생기는 Schottky 장벽의 높이와 두께는 인가전압으로 바꿀 수 있고, 그에 따른 전자의 반사율이 인가전압에 의해 바뀔 수 있음을 알 수 있었다. 결과적으로 일차원 자유전자 모델을 사용하여 외부 인가 전압으로써 두 강자성체 사이의 층간 교환 상호작용 에너지를 제어할 수 있다는 것을 확인하였다.
자기변형(magnetostriction) 현상은 외부 온도와 자기장이 변할 때 자성체의 모양이나 부피가 변하는 현상이다. 반강자성을 갖는 희토류 원소와 화합물에서의 관측되는 자기변형 현상은 결정장에 의한 결정장 변형(crystal-field striction)과 교환상호작용에 의한 교환 변형(exchange striction)으로 잘 설명할 수 있음이 알려져 있다. 이 해설 논문에서는 결정장과 교환 상호작용을 포함하는 자기변형 표준이론에 대하여 논의하고자 한다.
최근 자성 나노 입자를 이용한 온열치료가 주목을 받고 있다. 자성을 띄는 나노 입자를 암 세포에 보내, 교류 자기장을 걸어주어 회전에 의한 마찰손실로 인한 열을 이용하여 암 조직만을 국소 가열하는 원리이다. 본 실험은 유도 자기장을 사용한 자성 나노 파우더의 가열을 목적으로 시행하였다. 나선형 코일위에 세라믹, 유리 등 절연체 원판 위에 자기장이 발생되도록 휴대용 평판형 자기장 발생장치를 제작하였다. 자기장 발생 장치는 평판형 나선형 코일에 특정 주파수를 가진 전원을 인가하여 자기장을 발생시킨다. 평판형 나선형 코일은 내경 40 mm, 외경 140 mm, 2 mm 동선으로 제작하였다. 제작한 자기장 발생장치를 자기장 측정 센서(Hall sensor 등)을 원판 위에 설치하여 거리별 자기장의 크기를 측정하였다. 자기장은 나선형 코일 위 원판 중심에서 최대로 발생되어 중심에서 멀어질수록 크기가 감소하였다. 자기장 발생장치 위에 자성 나노 파우더($Fe_3O_4$와 $CoFe_2O_4$)를 혼합한 용액 시료를 위치시키고 자기 쌍극자 모멘트와 자기장간의 상호작용을 유도한다. 이때 자성 나노 파우더별로 발생하는 열을 열전쌍(TC)이나 Optical fiber를 사용한 Thermometer로 측정하여 비교분석하였다.
두께가 다른 CoPt 자성막을 전기도금법으로 제작하여 자화역전 기구와 자기상호작용이 자기역전 부피에 미치는 영향을 연구하였다. 자기모멘트 감쇠의 시간의존성과 잔류자기화 곡선 측정결과로부터 모든 시료의 지배적인 자화역전 기구는 자벽고착에 의한 자벽이동임을 알 수 있었다. 자기점성계수 및 비가역 자화율로부터 구한 자기역전 부피는 시료의 두께 및 인가 자기장의 세기에 거의 무관하게 일정하였으나, 자기역전 부피로부터 구한 역전 직경의 크기는 두께가 두꺼울수록 감소하는 경향을 보였다. 이와 같은 현상은 자벽고착에 의해 제어되는 자벽운동과 쌍극자 상호작용에 의한 것으로 판단된다.
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.
스피넬구조를 갖는 $AB_{2}O_{4}$에서 A-O-B초교환 상호작용을 고려하여 A(사면체)와 B(팔면체) 자리에 들어 있는 자성원자(Fe)의 환산자발자화와 그 평균치를 환산온도의 함수로 계산하였다. 그 결과를 A-B직접 상호작용을 고려하여 계산한 환산자발자화의 온도의존성과 비교하였다. 보다 정확한 비교를 위하여 두가지 경우에 대한 $M\"{o}ssbauer$ 스펙트럼을 계산하였다.
본 연구에서는 초 연자성(ultra-soft magnetic) 비정질 박막에서 관찰되는 감쇄가 큰(overdamped) 고주파 자기특성의 원인을 이해함으로써 자기 스핀의 동적 자화거동을 확인하고자한다. 고주파에서의 자화율(susceptibility) 특성곡선에 대한 실험결과와 Gilbert의 운동방정식으로 부터의 계산 결과를 비교하여 초 연자성 박막의 겨우 $\alpha=20$ 정도의 큰 감쇄상수와 무시할 정도로 작은 $D_{x}{\approx}D_{y}{\approx}D_{z}{\approx}0$의 반자장 계수를 구하였다. 이 결과로 부터 불균일 박막의 자화율 특성곡선과 자기 스핀의 동적 자화거동을 설 명하기 위해 vortex 형상의 자화분포를 제안하였다. Vortex형 자화분포는 초 연자성 박막 내의 미세한 자성입자들에서의 안정된 스핀 분포로 형성되며, vortex의 불균일한 스핀운동은 스핀파로 부터의 에너지와 박막내 결함구조와의 상호작용에 의해 큰 감쇄를 갖는 것으로 설명되었다.
다결정질 $La_{1/3}Sr_{2/3}FeO_{2.96}$의 전하불균형(charge disproportionation, CD) 전이현상과 그 전이온도를 전후로 한 자기적 상호작용의 변화양상을 X-선 회절, $M\ddot{o}ssbauer$ 분광계, 그리고 SQUID 자기력계를 이용하여 연구하였다. X선 분석결과, 시료의 결정구조는 공간군 R/3c인 rhombohedral 구조이며, 격자상수는 $a_{R}=5.4874\;\AA,\;a_R=60.07^{\circ}$이었다. $M\ddot{o}ssbauer$ 스펙트럼은 4.2 K에서부터 실온까지의 범위에서 취하였다 분석결과 저온에서는 각각 $Fe^{3+}$와 $Fe^{5+}$에 기인하는 두개의 6-선 스펙트럼이 중첩되어 나타났으며 Fe 이온의 원자가가 두개의 상이한 전하 상태로 분리된 반강자성 혼합원자가 상태임을 알 수 있었다. 반면 고온에서는 $Fe^{3.6+}$에 기인하는 단일 흡수선이 관측되어 상자성의 평균원자가 상태임을 알 수 있었다. 175K부터 200K의 온도 범위에서는 이 두 상태가 혼재되어 나타났으며 이 온도 범위에서 CD전이가 발생함을 알 수 있었다. CD전이의 근원은 열적으로 발생한 전하의 도약현상으로 설명할 수 있었다. 측정된 자기이력곡선의 분석 결과, 자성원자 사이에는 강한 반강자성 상호작용이 존재하며, 온도가 CD 전이온도를 넘어 상승하면서 $Fe^{3+}-Fe^{5+}$간의 상호작용이 한층 더 강한 상호작용으로 대치됨을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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