김성웅 성균관대 교수, 음이온 역할 전자 이용한 자석 소재 개발

새로운 원리 갖는 자성 소재 개발 및 활성화 기대

[메트로신문 이현진 기자] 성균관대(총장 신동렬)는 김성웅 에너지과학과 교수 연구팀이 강자성 특성을 가진 전자화물 자석 소재를 세계 최초로 합성하고 그 원리 규명에 성공했다고 26일 밝혔다.

김성웅 교수 연구팀은 2차원 층상구조의 층간의 빈 공간에 독립적으로 위치하면서 고유의 자기 모멘트(magnetic moment)를 갖는 격자간 음이온 전자의 존재를 세계 최초로 규명했다. 또한, 이러한 전자들이 층간에서 주변 양이온과 강한 상호작용(exchange interaction)을 통해 강자성 특성이 발현되는 2차원 전자화물 자석 소재(Gd2C)를 개발했다.

특히, 2차원 전자화물 자석 소재(Gd2C)는 희토류 원소(Gd)만으로 이뤄진 기존 자석보다 더 강한 자기 모멘트를 가지고 있어, 전자화물 소재를 응용하면 희토류 원소를 줄이면서도 동일한 자기 특성을 갖는 새로운 자석 소재 개발이 가능하다는 것을 보여준다는 점에서 의의가 있다.

이번 연구는 기존의 희토류 원소가 자성을 발현한다는 일반적인 원리와는 다르게, 격자간 음이온 전자가 고유의 자기 모멘트를 가지면서 주변 원자와 상호작용을 통해 자성특성을 발현한다는 새로운 자성 구현 원리를 제시한다는 점에서도 의미가 크다.

이론적으로만 제시된 자석 전자화물 소재 연구의 한계를 극복하고 처음으로 강자성체 특성을 갖는 전자화물 합성에 성공한 연구 결과로 자성체 전자화물 분야에 새로운 방향성을 제시할 것으로 기대된다.

김성웅 교수는 "본 연구가 제시하는 전자화물 소재에서의 새로운 자성특성 발현 원리를 이용하면, 자석 소재 합성에 필요한 고가의 희토류 원소 사용을 줄이고 더 나아가 저가 원소로 이뤄진 전자화물의 자석 소재 개발이 가능할 것으로 기대된다"고 밝혔다.

연구 성과는 23일 과학기술분야 세계적인 학술지인 네이쳐 커뮤니케이션즈 (Nature Communications, IF 11.878)에 게재됐다.