전기와 자기 그리고 스핀

 

 

 

  지구의 빅-히스토리 변천사를 살펴보면 흥미진진한 큰 흐름이 있는데, 그것은 물은 지구 최초 생명체의 탄생과 긴밀한 관련이 있으며, 불은 인류 문명의 탄생을 비로써 가져다 주었고, 다시 전기를 우리가 알고 제대로 규명하고 다루기 시작하면서 인류의 '현대 문명'이 경이롭게 탄생되었다는 사실을 파악해 볼 수 있다는 점이다.

 

 

 

 

  따지고 보면, 우리는 나무 위에서 별로 내세울 것도 없는 개체군으로 살다가 어느 날인가 불을 다루기 사작하면서 비로써 추위에서 벗어나고 무서운 맹수의 공격으로부터 스스로를 보호하기 시작하였다.  그리고 그 당시에도 번개가 치는 등등 여러 전기적 현상이 존재하였으나, 그 원리를 깨우치지 못하다가 근대 이후로 이 전기적 특성을 면밀히 관찰함으로써 우리 인류의 비약적인 발전을 이루게 됨으로써 비약적인 현대 문명은 도약을 하게 되었다.

 

  어느 곳에서든지 흔히 사용되고 있는 이 전기와 자기장을 이용한 인류의 문명 발전사는 너무나 경이롭기까지 하다.

 

  그 이전에 먼저 숙지해야 할 지식 정보로, 모든 물질의 기본이 되는 ' 입자 주기율표'에 관한 교육 동영상과 우주 탄생이라는 '빅뱅' 사건 이후로부터 현재에 이르게까지 대 우주는 어떻게 진행되어 왔는지에 관한 우주 구조와 현상을 쉽게 파악할 수 있고, 만물의 구조는 어떻게 구성되어져 있는지에 관해 통찰해 볼 수 있는 " 표준 모형 "이란 교육 동영상  , 그 2편의 동영상을 먼저 복습해 봄으로써, 하기에 소개하는 ' 전기와 자기가 만났을 때 '  란 [카오스] 강좌에 참조하시길 권고드려 본다.

 

 

 

 

 

vimeo.com/496261812

 

 

 

 오늘은 그 전기와 자기에 관해서 역사적 변천과 특성 그리고 어떤 연구 과제가 있는지 심도있게 알아보는 시간이다.

 

 

 

[카오스]-전기와 자기가 만났을 때 

               수호 김갑진 카이스트 물리학 교수

 

 

◆연사: 김갑진 _카이스트 물리학과 교수
◆패널: 김상훈 _울산대 응용물리학과 교수


◆강연개요◆

   핸드폰, 컴퓨터, TV, 냉장고는 "전기"로 작동하며, 발전기, 모터, 하드디스트, 병원의 MRI 등은 "자기(자석)"으로 되어 있다. 

  우리가 지금 사는 세상은 "전기와 자기" 없이는 하루도 살기가 어려운 그런 세상이다. 

  100년만에 세상을 완전히 바꾸고, 인류의 삶을 풍요롭게 만든 바로 그 "전기와 자기"는 맥스웰의 전자기 이론에서 시작되었다. 

  맥스웰 전자기 이론의 핵심은 "전기와 자기가 엮여 있다"는 것이다. 

  즉, 전기가 자기를 만들고, 자기가 전기를 만든다는 것이다. 

그러나 우리는 우리 주변에서 "전기"와 "자기"를 따로따로 본다. 

왜 그럴까?

"전기"와 "자기'가 정말로 만나게 되면, 도대체 어떤 일이 발생하는지에 관해서 자세히 알아보는 카오스 강좌.


◆패널토의◆

1. 지금도 스핀은 빙글빙글 춤을 춘다 - 스핀과 스핀트로닉스
  [3분 과학] 가장 작은 자석, 나노공학으로 바꾸는 미래 (김상훈 교수)
2. 미래 열차에 탄 자석 - 미래와 함께하다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. 자석 소재의 개발 동향

  네오디뮴 자석이란(-磁石, Neodymium Magnet) 또는 NIB 자석(Neodymium-Iron-Boron Magnet)은  지구 상에서 가장 널리 사용되는 희토류 자석(중국이 무역 무기 자원으로 써먹고 있다)으로  네오디뮴과 철 및 붕소를 2:14:1의 비율로 분말 야금법으로 합금하여 만들며,  1982년에 미국의 제너럴 모터스(GM)와 일본의 스미토모 특수 금속에서 개발되었다.

 사실 가장 효율적인 자석 소재로는 코발트 자석과 철-백금 합금으로 만든 자석을 들 수 있는데, 코발트는 자연 상태에서 너무 희소성이 있고,  가장 흔한 원소인 철로 만들면 가장 좋겠는데, 철은 원자끼리의 간격이 너무 좁아 이 단점을 보완하고자  네오디늄, 철 그리고 붕소를 적당한 비율로 섞어 원자 간격을 적당히 늘려 만든 자석 소재가 바로 '네오디뮴'이다. 

 네오디뮴 자석은 지구상에서 현재 사용되는 자석 가운데 가장 강한 자력(25~50MGOe)을 지니고 있으며,  가공성이 양호하고 사마륨-코발트 자석이나 알니코 자석에 비해 가격이 저렴하나,  녹이 잘 슬어 표면을 니켈로 도금하여 사용하며, 온도계수가 낮아  열에 따라 자성이 쉽게 약해지는 것이 단점이다. 

 2000년대 들어 디스프로슘을 미량 첨가하여 온도계수를 200℃까지 높인  네오디뮴 자석이 개발되었다.  Kisti  미리안 자료 동향에 따르면, 미국 연구진은 차세대 하드 드라이브에 
매우 유용하게 적용될 수 있는 새로운 철-백금 합금을 개발했다.

 더 작은 부피 속에 더 많은 데이터를 저장하기 위해서는 매우 작은 자석  또는 나노자석으로 만들어진 재료들을 사용할 필요가 있다.  차세대 기록 매체를 위한 한 가지 유망한 재료는 잘 정렬된 결정 구조를  가진 철과 백금 합금이다. 

 

 한편 액체 나노 자석도 연구 중이지만 아직 논란의 여지가 있다.  액체 스핀을 연구해서 인체 내에 액체 나노 상태의 신체 내 현상도  연구할 차세대의 과제라고 한다.


. 미리안(Miraan) 사이트 자료 :
mirian.kisti.re.kr/index.jsp
(신기술 다이내믹스 분석 플랫홈)