강유전성 물질의 비밀, 83년 만에 풀렸다

2018.10.23 19:40
이미지 확대하기-Thor Balkhed 제공
마틴 캐머린크 스웨덴 링셰핑대 물리학과 교수가 강유전체 생성 실험을 진행하고 있다.-Thor Balkhed 제공
 

흔히 강성은 물질의 특성이 외부작용에 의해 바뀐 다음, 그 외부작용이 사라져도 유지되는 성질을 말한다.  외부 전기장으로 인해 양(+)극이나 음(-)극을 띠게 된 뒤, 그 성질을 유지하는 것을 강유전성이라 부른다. 자기장이 생기는 것을 강자성, 탄성이 나타내는 강탄성 등이 더 있다. 

 

강유전체의 행동에 대해 지난 1935년 독일의 물리학자 프란츠 프리식이 수학적 모델을 제시했지만, 물리적으로는 명확한 해석이 나오지 않았었다.

 

그런데 최근 이들의 행동 과정을 밝힌 연구가 나왔다. 스웨덴 린셰핑대와 네덜란드 에인트호번대 연구진은 나노미터(㎚, 10억분의 1m) 크기의 두 유기물에서 강유전성 특징이 나타나는 물리적인 과정을 확인했다고 23일 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 발표했다.

 

강유전체가 될 수 있는 물질에는 철과 코발트, 니켈 등이 있다. 이들 물질 속에 존재하는 전자가 외부 전기장 속에서 양극이나 음극을 띠면서 정렬한다. 한번 특정 방향으로 정렬하면 또 다른 강한 전기장이 걸리기 전에는 그 방향이 바뀌지 않고 성질이 유지된다. 이런 특징을 ‘이력 현상’이라 한다. 데이터 쓰고 지우는 원리에 적합해 저장용 메모리 소자로 개발되고 있다.

 

연구진은 나노 단위의 유기물 분자가 상호작용하는 방식에 따라 강유전체에서 생기는 이력현상의 방향성이 결정된다는 것을 확인했다. 특히 강유전성 물질 내부의 나노 분자 크기와 구조, 다른 분자까지의 거리 등과 같은 물리적 환경을 계산하면 정렬되는 방향과 세기를 통계적으로 예측할 수 있다는 것이다.

 

마틴 캐머린크 린셰핑대 물리학과 교수는 “강유전체에서 나타나는 이력현상의 방향성과 세기가 어떻게 나타나는지 설명할 수 있게 됐다”며 “나노미터 수준으로 작고 유용한 데이터 저장용 소자를 개발할 수 있다”고 말했다.

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