• Tribology and Lubricants
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• 제11권5호
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• pp.128-135
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• 1995

Atomic force microscopy/friction force microscopy (AFM/FFM) techniques are increasingly used for tribological studies of engineering surfaces at scales, ranging from atomic and molecular to microscales. These techniques have been used to study surface roughness, adhesion, friction, scratching/wear, indentation, detection of material transfer, and boundary lubrication and for nanofabrication/nanomachining purposes. Micro/nanotribological studies of single-crystal silicon, natural diamond, magnetic media (magnetic tapes and disks) and magnetic heads have been conducted. Commonly measured roughness parameters are found to be scale dependent, requiring the need of scale-independent fractal parameters to characterize surface roughness. Measurements of atomic-scale friction of a freshly-cleaved highly-oriented pyrolytic graphite exhibited the same periodicity as that of corresponding topography. However, the peaks in friction and those in corresponding topography were displaced relative to each other. Variations in atomic-scale friction and the observed displacement has been explained by the variations in interatomic forces in the normal and lateral directions. Local variation in microscale friction is found to correspond to the local slope suggesting that a ratchet mechanism is responsible for this variation. Directionality in the friction is observed on both micro- and macro scales which results from the surface preparation and anisotropy in surface roughness. Microscale friction is generally found to be smaller than the macrofriction as there is less ploughing contribution in microscale measurements. Microscale friction is load dependent and friction values increase with an increase in the normal load approaching to the macrofriction at contact stresses higher than the hardness of the softer material. Wear rate for single-crystal silicon is approximately constant for various loads and test durations. However, for magnetic disks with a multilayered thin-film structure, the wear of the diamond like carbon overcoat is catastrophic. Breakdown of thin films can be detected with AFM. Evolution of the wear has also been studied using AFM. Wear is found to be initiated at nono scratches. AFM has been modified to obtain load-displacement curves and for nanoindentation hardness measurements with depth of indentation as low as 1 mm. Scratching and indentation on nanoscales are the powerful ways to screen for adhesion and resistance to deformation of ultrathin fdms. Detection of material transfer on a nanoscale is possible with AFM. Boundary lubrication studies and measurement of lubricant-film thichness with a lateral resolution on a nanoscale have been conducted using AFM. Self-assembled monolyers and chemically-bonded lubricant films with a mobile fraction are superior in wear resistance. Finally, AFM has also shown to be useful for nanofabrication/nanomachining. Friction and wear on micro-and nanoscales have been found to be generally smaller compared to that at macroscales. Therefore, micro/nanotribological studies may help def'me the regimes for ultra-low friction and near zero wear.

• 한국자기학회지
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• 제10권5호
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• pp.237-245
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• 2000

SmFe$_2$에 해당되는 조성을 가진 비정질 합금 박막에 대하여 자기적 및 자기변형 성질이 B함량 (최대 약 10at.%) 및 열처리에 의해 변화하는 거동을 조사하였다. 묘의 첨가에 의해 낮은 자기장에서의 자기변형은 증가하였으나, 포화 자기 변형은 감소하는 경향을 보였다. B을 첨가하지 않은 박막과 B을 9.9 at.% 첨가한 박막을 예로 들면, 30 Oe의 자기장에서 자기변형은 190 ppm에서 333 ppm으로 1.6배 정도 증가하였으나, 5 kOe의 자기변형은 50 % 이상 감소되었다. 이러한 자기변형 결과는 B의 첨가에 의해 포화 자화와 같은 고유 자기적 성질은 열화되었으나, 보자력은 향상(감소)된 것에 주로 기인하는 것으로 생각된다. 자기변형 성질은 열처리에 의해 향상되었는데, 최적의 열처리 온도는 300~40$0^{\circ}C$이다. 열처리에 의한 이러한 특성 향상은 당초 기대했던 미세한 결정 상 SmFe$_2$상의 석출에 의한 것이 아니라, 응력 완화에 의한 보자력의 감소가 주된 원인으로 생각된다.

• 한국자기학회지
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• 제18권1호
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• pp.19-23
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• 2008

Sol-gel 법을 이용하여 $V_xFe_{3-x}O_4$(x=0.0, 0.15, 0.5, 1.0) 박막 시료을 만들어 V 치환에 따른 $Fe_3O_4$의 결정구조적 특성을 X-ray diffraction(XRD)과 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)로 조사하였다. 특히 Fe 이온의 전하상태와 거동에 관하여 강력하게 조사할 수 있는 conversion electron $M\"{o}ssbauer$(CEMS) 분광법을 이용하여 양이온들의 거동과 초미세 자기적 성질을 분석하였다. X-선 회절실험의 결과 $V_xFe_{3-x}O_4(X{\leq}1.0)$ 박막 시료들의 결정구조는 스피넬구조로서 V 조성값 증가에 따라 격자상수값이 약간 증가함을 보여준다. XPS 조사에서 x값 증가에 따라 처음에는 $V^{3+}$ 이온이 B-자리의 $Fe^{3+}$ 이온을 주로 치환하고 x값이 더 커지면서 $V^{2+}$ 이온의 $Fe^{2+}$ 치환도 발생되는 것으로 나타났다. 이것은 격자상수값이 증가하는 분석 결과를 잘 설명하여 준다. CEMS 측정 결과에서 나타난 양이온 거동은 주로 B-자리의 $Fe^{3+}$ 이온에 대한 $V^{3+}$ 이온 치환이 나타나고, V 조성값이 더 크게 증가함에 따라 $V^{2+}$ 이온의 $Fe^{2+}$ 치환도 발생됨을 알 수 있었다. 그리고 이것은 V 치환이 Fe 이온 주위의 국부적 전하분포와 대칭성의 변화를 가져와 초미세 자기적 성질의 변화를 초래함을 의미한다.

• 한국자기학회지
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• 제16권2호
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• pp.140-143
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• 2006

단결정 상태의 $CoFe_2O_4$ 박막을 rf magnetron sputtering 증착법을 이용하여 (100) MgO 기판 위에 성장시켰다. X선 회절기, Rutherford back-scattering 분석기와 고감도 주사전자현미경을 이용하여 측정한 결과 증착된 박막이 기판과 잘 정렬되어 성장한 것을 확인할 수 있었다. $600^{\circ}C$의 기판 온도에서 성장한 페라이트 박막은 약 200nm크기의 사각형 형태로 규칙적으로 분포되어 있음이 관찰되었다. 그러나 $700^{\circ}C$의 기판 온도에서 성장한 박막은 불규칙한 모양으로 이루어져 있었으며 30nm에서 150nm에 이르는 다양한 입자 크기를 보이고 있었다. 섭동자화기를 이용한 자기이력곡선 측정 결과 성장한 박막의 자화용이축이 기판과 수직하게 배열하는 것을 알 수 있었다. 또한 MgO 기판과 성장 박막과의 격자상수 차이로 인하여 기판과 수직한 방향의 보자력은 매우 큰 값을 나타내었다. 즉 평행한 방향의 보자력은 283 Oe이고 수직한 방향의 보자력은 6800 Oe였다. $700^{\circ}C$의 기판 온도에 서 성장한 페라이트 박막은 $600^{\circ}C$의 기판 온도에서 성장한 박막의 보자력 및 포화자화 값과 유사한 값을 보였으나 각형비는 급격하게 감소하였다.

• 한국안광학회지
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• 제11권3호
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• pp.225-229
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• 2006

강자성체인 철과 니켈의 박막에서 전류와 자기장이 이루는 각도의 변화에 따른 자기저항의 변화를 관찰하였다. 경사각에 따른 PMR과 NMR의 크기가 같은 ${\phi}_{mix}$의 변화는 전류에 수직한 자기장의 성분과 평행한 자기장의 성분이 같게 되는 각도에서 자기저항 루프의 역전이 되는 것을 이용하면 ${\phi}_{mix}=tan^{-1}(1+tan{\theta})$와 같이 구해진다. 위 관계식은 실험치와 잘 일치함을 보여준다. 반면에 철박막의 경우에는 니켈박막과 자화축이 다르게 나타나서 ${\phi}_{mix}$가 위 식으로 주어진 관계와 일치하지 않는다.

• Progress in Superconductivity
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• 제8권2호
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• pp.127-131
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• 2007

We have measured the Hall conductivity (${\sigma}_{xy}$) of c-axis-oriented $MgB_2$ thin films as functions of temperatures and magnetic fields. We found that the Hall conductivity (${\sigma}_{xy}$) is expressed by the sum of two terms, ${\sigma}_{xy}=C_l/H+C_3H$, where the coefficient $C_1\;and\;C_3$ are independent of the magnetic fields and have positive values. The coefficient $C_1$ is strongly dependent on the temperature, while the $C_3$ is weakly dependent on the temperature. We have obtained that the $C_1$ is proportional to $(1- T/T_c)^n$ with n = 4.2, which is consistent with the data observed in $La_{2-x}Sr_xCuO_4$ superconductors with low anisotropy ratio.

• 한국자기학회지
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• 제3권4호
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• pp.298-304
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• 1993

Pd/Co 다층박막을 동시열증착장치로 제작하여, 토오크 자력계, 홀 효과 측정장치 및 X-선 회절기를 이용하여 기판 온도, Pd하지층에 따른 구조적 자기적 및 열적 특성변화를 연구하였다. 기판 온도가 증가함에 따라 $150^{\circ}C$까지는 계면구조 및 각 층의 결정성이 향상되고, (111) 집합조직이 발달되었으며 따라서 계면자기이방성 및 수직자기 이방성에너지는 증가하였다. 그러나 보자력은 감소 하였는데 이는 입자의 성장으로 인한 자구벽 고착효과 감소에 기인된 것으로 보이며 Pd하지층이 두꺼 울 수록 다층박막의 입자크기는 컸다. $200^{\circ}C$ 이상에서는 계면에서 상호확산에 의하여 다층막의 구조의 열화는 촉진되었다. 열처리 초기에 주 피이크 강도의 변화는 컸으며 그 후부터는 작은 폭으로 감소하였다. 초기의 큰 강도 변화는 구조이완등의 현상에 기인된 것으로 추측되며 그 후는 확산에 의 해서이다. 다층박막의 상호확산에 필요한 활성화 에너지는 14.9 KCal/mole.K 였다.

• 한국자기학회지
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• 제16권4호
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• pp.206-210
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• 2006

산소결핍(oxygen vacancy) 들이 존재하는 아나타시(anatase) 및 루타일(rutile) 구조의 $TiO_{2-{\delta}}$ 박막들에서 강자성 현상이 상온에서 관측되었다. 시료들에 대한 XPS 측정 결과 $Ti^{3+}$ 이온의 존재가 관측되었으며 산소결핍에 의한 전하 불균형을 상쇄시키기 위하여 생성되는 것으로 해석된다. $TiO_{2-{\delta}}$ 박막에서 나타나는 상온 강자성은 $Ti^{3+}$ 이온들이 가지는 $d^1$ 스핀들의 정렬에 의한 것으로 해석 되어진다. 이와 같은 강자성 스핀 정렬은 산소결핍 자리에 속박된 전자를 중심으로 형성되는 자기 폴라론(magneticpolaron)에 의하여 나타날 수 있다.

• 한국자기학회지
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• 제19권4호
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• pp.126-132
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• 2009

Molecular-Beam Epitaxy 방법으로 합성된 MnAs 박막의 물리적 특성을 기판의 종류와 증착 온도에 따라 조사하였으며 더불어 이들 시료의 증착 후 열처리 효과를 조사하였다. 증착 온도가 $600^{\circ}C$일 경우에는 기판의 종류에 관계없이 type-B의 결정 방향성을 보였으나 $200^{\circ}C$ 이하에서 합성한 시료에 대하여는 type-A로 합성되었다. $600^{\circ}C$에서 GaAs(001) 기판에 성장시킨 시료에서는 자기화 용이축 내에서도 특히 한쪽 방향으로 자화가 되어 있음을 확인하였다. 강자성을 보이지 않던 $120^{\circ}C$에서 증착한 MnAs/Si(001)와 실온에서 강자성과 상자성이 공존하였던 $200^{\circ}C$에서 증착한 MnAs/GaAs(001) 시료의 경우 $600^{\circ}C$에서 열처리 하였을때 자기적 특성이 크게 향상되었다.

• 한국자기학회지
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• 제2권2호
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• pp.119-124
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• 1992

조성변조 Co/Pd 초격자 박막 제조시 스퍼터링 Ar기압이 박막의 미세조직에 미치는 방향과 이로 인한 자기 및 자기광학적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 초격자 박막은 dc-magnetron 스퍼터링 방법으로 각 sublayer의 두께가 $2\;\AA-Co/9\;\AA-Pd$일때, 스퍼터링 Ar가스압력을 2에서 30 mTorr 까지 변화시키면서 제조하였다. Ar기압이 10 mTorr 이상에서 초 격자 박막은 주상구조(columnar structure)를 형성시키면서 성장됨이 관측되었다. Ar기압의 증가에 따라 포화자화값, 자기이방성에너지 및 Kerr 회전각등은 감소하고 보자력은 증가함을 보였다. 이러한 자기 및 자기광학적 특성의 변화는 Ar압력에 따른 초격자 박막의 미세구조 변화에 기인되는 현상으로 설명될 수 있다.