나노기술 및 정책 정보

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독일의 쾰른 대학교(Universität zu Köln) 연구팀이 중성자 산란을 이용하여 초미세 자성 입자가 외부 자기장에 노출되면, 자기 코어는 이전에 예기치 않은 방식으로 자라는 것을 관찰함. 이 결과는 자기장에서 자성 나노 입자의 구조와 거동에 대한 보다 정확한 이해를 가능하게하며, 이는 수많은 응용에 중요함. 예를 들어, 자성 나노 입자는 암 치료에서 열 요법에 사용될 수 있고, 자성 나노 입자는 또한 화학 공정에서 촉매로 사용되고 있으며, 또한 새로운 배터리 기술 개발에 중요한 역할을 하기도 함. 나노 입자는 수천 개의 원자로 구성되며 박테리아보다 약간 작음. 나노 입자는 고체 및 더 큰 입자와 비교하여 특정한 화학적 및 물리적 특성을 가지므로, 완전히 새로운 물질이 이들로부터 제조될 수 있음. 예를 들어, 자성 나노 입자는 철, 니켈 또는 코발트를 함유하는 자성 물질로 구성되는데, 입자가 충분히 작으면 북극과 남극을 가진 작은 자석처럼 거동하여 어느 방향으로도 회전할 수 있음. 작은 자성 입자는 암석뿐만 아니라 박테리아와 같은 일부 살아있는 유기체에서도 자연적으로 자라는 것을 발견 할 수 있는데, 여기에서 미니 자석은 유기체가 움직이는 방향을 설정하는데 도움. 또한 미니 자석은 자성 유체 (페로 플루이드), 영구 자석, 자기 저장 매체 또는 생의학 응용 분야의 기술에서 중요한 역할을 함. 과학자들은 일반적으로 간단한 정적 모델을 사용하여 자성 나노 입자의 내부 구조를 설명함. 이 모델에 따르면, 자성 나노 입자는 자성 코어와 자성이 아닌 표면으로 구성됨. 지금까지 과학자들은 나노 입자의 자성이 본질적으로 이 코어 영역으로 제한되어 있다고 가정했음. 왜냐하면 이 코어 영역 내에서 원자들은 특정 배열을 가지기 때문에 자기 모멘트 또는 스핀, 즉 전자의 고유 모멘텀이 규칙적으로 정렬될 수 있기 때문임. 대조적으로, 나노 입자의 표면 영역에서는 원자들이 구조적으로 무질서하게 배열되어 있어 스핀은 무작위로 정렬됨. 따라서, 표면에서는 자기가 발생 될 수 없음. 하지만, 연구팀은 코발트 페라이트 나노 입자의 중성자 산란을 통해 자기장에서 자성 나노 입자의 구조가 변한다는 것을 보여 주었음. 실험에서 외부 자기장을 가했을 때 자기 코어 부피가 최대 20 % 증가했음. 동시에, 무질서한 표면적의 두께는 0.7 나노 미터 (11 밀리 테슬라)에서 0.28 나노 미터 (1.2 테슬라)로 감소했음.

본 연구 성과는 ‘Physical Review X’ ("Field-Dependence of Magnetic Disorder in Nanoparticles") 지에 게재됨.