실시간 자구 관찰이 가능한 광자기 현미경을 이용하여 강자성 나노자성체 CoFe 박막에서의 자화역전현상을 연구하였다. 흥미롭게도, 박막의 두께가 증가함에 따라 자구벽의 운동이 단일 자구벽의 운동 성향에서 무작위적인 자구들의 역전 성향으로 변함을 알 수 있었다. 또한, 자구벽 운동에서의 자구들의 점프사이즈들의 통계적인 해석 결과, CoFe박막에서의 자구역전현상이 임계지수 ${\tau}{\sim}1.33$를 가지는 임계축척현상을 보임을 알 수 있었다.
X-선 자기 원형 이색성 측정은 자성물질을 구성하는 원소별 자기적 성질의 측정 및 궤도 자기 모멘트와 스핀 자기 모멘트를 구별하여 측정할 수 있다는 장점으로 인해 여러 가지 자성 신물질 및 다양한 기능성 자성 다층 박막의 연구에 많이 이용되어 왔다. 이 글에서는 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.
자기저항이란 외부 자기장에 의해 재료의 전기저항이 변화되는 현상을 일컫는다. Au와 같은 비자성도체 및 반도체 재료의 경우 외부에서 자기장이 가해지면 전도 전자가 Lorentz 힘을 받아 궤적이 변하므로 저항이 변화한다. 이러한 저항 변화 를 정상 자기저항(Ordinary Magnetoresistance, OMR)이라 하며 일반적으로 상당히 작은 저항의 변화를 나타낸다. 강자성도체 재료에서는 정상 자기저항 효과 외에도 부가적인 효과가 생긴다. 이는 스핀-궤도 결합에 기인한 효과로써 자기 저항은 강자성체의 자화용이축, 외부자계와 잔류간의 각도에 의존하며 이방성 자기저항(Anisotropic Magnetoresistance, AMR)이라 한다. AMR 비(%)는 일반적 으로 다음과 같이 정의된다. 즉 ${\Delta}{\rho}_{AMR}/{\rho}_{ave}=(\rho_{\|}-\rho_{T})/{\rho}_{ave}$로 여기서 $\rho_{\|}$는 자기장의 방향이 전류의 방향과 같을 때의 비저항 이고 $\rho_{T}$는 서로 수직일 때이며 ${\rho}_{ave}=(\rho_{\|}-\rho_{T})/3$이다. 기존의 MR 센서나 자기재생헤드(magnetic read head)에 사용되는 퍼머로이계 합금의 AMR 비는 상온에서 약 2% 정도의 저항변화를 보인다.
본 논문에서는 어안렌즈의 방사형 왜곡을 보정하면서 생기는 계단 현상과 흐려짐 현상을 제거하기 위해서 자기 예제 참조기반 단계적 어안 렌즈 영상의 기하학적 보정과 복원 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 포물선 방정식을 적용해서 어안 렌즈 영상을 단계적으로 보정하고, 보정된 결과 영상에 자기 예제 참조 방법을 적용하여 계단 현상(jagging artifact)과 흐려짐 현상(blur artifact) 등의 부작용을 제거한다. 제안된 방법은 어안 렌즈 영상의 기하학적 보정과 주변부 열화 개선이 필요한 자동차의 전후방 카메라, 비디오 감시 시스템 등에 적용하여 손실율이 적은 영상 획득을 가능하게 한다.
최근 perovskit 구조의 망간산화물에서 발견된 초거대자기저항(colossal magnetoresistance: CMR) 현상의 발견은 물리적 특이성과 공업적인 응용 가능성으로 학계의 큰 주목을 받고 있다. 그런데 이러한 CMR 현상은 망간화산화물외에 pyrochlore 구조의 Tl2Mn2O7과 spinel 구조의 Cr-황화물에서도 관측됨었음이 보고되었다. 본 논문에서는 Cr-황화물 Fe1-xCuxCr2S4 (x=0.0, 0.5, 1.0)의 전자구조를 구재밀도근사(local density approximation: LDA) lineatized muffintin orbital(LMTO) 밴드계산 방법을 이용하여 연구하였다. 그 결과 x=0.0, 0.5에 대한 특성저항은 절반금속(Half-Metal)성질과 얀-텔러(Jahn-Teller) 효과를 적용하여 정성적인 이해가 가능하였다. 특히, x=0.0, 0.5, 1.0각각에 대해서 전도모델을 제시하여, 계산결과로 얻어진 절반금속 전자구조가 CMR 현상과 밀접한 관련이 있음을 예측하였다.
Ni1-xCdxFeAlO4계의 Mossbauer 스펙트럼은 x가 0.2이하인 경우에는 초상자성 이완 현상을, x가 0.3∼0.5인 경우는 준강자성에 의한 sextet를, x가 0.7, 0.8인 경우에는 강자성 이완 현상, x가 0.8이상인 경우에는 상자성에 dmlgksdoublet가 나타난다. x가 0.2이하인 시료에서 치환된 Cd2+이온은 주로 A-site의 Fe3+이온도 B-site로 이동하게 된다. Ni1-xCdxFeAlO4계의 초상자성 이완 현상은 A-site의 A13+이온에 의한 것으로, 강자성 이완현상은 치환된 Cd2+이온에 의한 것으로 설명할 수 있고, Yafet-Kittel 자기구조에 따라 Ni1-xCdxFeAlO4계의 자기적 성질을 해석할 수 있다.
크기가 서로 다른 Sr-페라이트 분말에 대한 활성화 부피의 자기장 의존성을 조사하였다. 그 결과, 입자의 크기가 큰 시료 C2 는 낮은 자기장 영역에서는 활성화 부피가 컸으나 자기장이 증가할수록 감소하였으며, 크기가 작은 시료 C3의 경우는 보자력과 거의 같은 고착 자기장에서 최대를 보이다가 감소하는 경향을 보였다. 이와 같은 현상은 자화 역전 현상을 설명하는 자구생성 및 자벽고착 자기장의 상대적 위치 그리고 쌍극자 상호작용의 세기에 밀접하게 관련되는 것으로 판단된다.
(Fe, Co)/(Pd, Pt, Cu, Ag)로 이루어진 금속 다층박막에 대한 자기광학 Kerr 효과(${\theta}_{k}$) 스펙트럼을 박막내에서 빛의 다중간섭 이론을 적용하여 계산하였고, 그 결과를 보고된 실험값과 비교하였다. Co/Pd 다층막의 경우, ${\theta}_{k}$ 스펙트럼의 조성에 따른 파장 의존성에 대한 계산값이 서로 잘 일치하였으며, Fe/Cu 및 Fe/Ag 다층막에 있어서는 Cu와 Ag의 광흡수단 영역에서 다층막 고유의 새로운 peak가 나타나는 실험현상을 계산결과로 설명이 가능하였다. 그러나 Co/Pt 다층막의 경우에는 실험으로 측정된 300 nm파장 영역에서의 거대한 자기 광학 효과를 다중간섭이론으로는 설명할 수 없었으며, 이는 Co 또는 Pt 고유의 광학정수가 다층막을 이루면서 변화되어 나타나는 현상으로 생각된다.
Layer-by-layer 자기조립방법 (self-assembly method) 이라고 불리는 담지자기조립방법 (dip self-assembly method)을 이용한 다층초박막은 다양한 전기적, 자기적 성질을 갖는 물질뿐만 아니라 DNA 또는 효소 (enzyme)같은 바이오 물질들을 기판의 크기나 형태에 관계없이 각각의 층에 나노미터 두께로 삽입시킬 수 있음에 따라서 초박막안에 우리가 원하는 특정 성질을 부여할 수 있다. (중략)
자기변형(magnetostriction)에 관한 연재물 3번째로 이번 호부터는 본격적으로 자기변형 현상을 이용한 구동기(actuator)의 이론적인 모델링에 대해서 알아보기로 한다. 아직 필자의 이해의 수준이‘달인’의 경지에 이르지 않은 탓에 대부분의 내용은 기존의 논문의 내용을 요약 정리하거나 여러 논문들 간의 시각의 차이를 드러내는 방식으로 진행할 것임에 대하여 사전에 양해를 구한다. 또한 이 연재에서는 주로 구동기에 대한 내용을 언급하고 있으나 자기변형 물질 역시 피에조 물질과 마찬가지로 센서로 사용하는 것이 가능하기 때문에 이 연재에서 설명하는 내용은 센서를 설명할 때도 많은 경우 그대로 혹은 약간의 변형을 거쳐서 사용할 수 있음을 언급해둔다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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