나노기술 및 정책 정보

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영국의 리즈 대학교(University of Leeds) 연구팀이 처음으로 마그논 분극(magnon polarization)이라 불리는 자석의 기본 특성을 측정했으며, 그 과정에서 저에너지 소모 장치를 만드는 데 진전을 보임. Magnon 분극의 존재는 거의 100 년 동안 물리학에서 이론적인 아이디어로 제시되었지만 아무도 그 존재를 증명하지 못했었음. 마그논은 생성과 파괴가 연속적인 과정에 있는 자성 물질 내부의 준-입자임. 이들은 편광되어 시계 방향 또는 반시계 방향(원형 편광), 위 또는 아래 및 왼쪽 또는 오른쪽 방향(선형 편광)으로 구별될 수 있음. 물리학자들은 스핀 트로닉스(spintronics)라고 불리는 연구 분야인 저에너지 전기 장치에서 정보를 수송하는 데 이용 될 수 있다고 생각하기 때문에 마그논의 분극 특성에 큰 관심이 있음. 연구팀은 스핀 트로닉스 연구에서 가장 자주 사용되는 자석 중 하나인 이트륨 철 가닛 화합물에서 마그논 분극 측정을 목표로 했음. 이는 많은 자석에는 반시계 방향의 마그논만 존재하지만 이트륨 철 가넷 화합물에서는 반시계 방향과 시계 방향으로 극성이 있는 마그논이 모두 존재할 것으로 예측되어 특히 흥미로운 측정 재료가 되었음. 연구팀은 편광 중성자 산란을 사용하여 이 측정을 시작했음. 여기에는 특정 양자 스핀 상태("up"또는 "down")에서 중성자를 준비하고 자석에 중성자 빔의 초점을 맞추어 발사하는 것이 포함됨. 실험에서 대부분의 중성자는 자석을 통해 직선으로 통과하여 전혀 상호 작용하지 않았음. 그러나 소수의 중성자가 마그논과 충돌하여 자석에서 모든 방향으로 흩어졌음. 검출기는 중성자가 시료에서 날아갈 때 측정했음. 중성자의 위치, 에너지 및 최종 스핀 상태를 분석함으로써, 마그논의 특성이 밝혀졌음.

본 연구 성과는 ‘Physical Review Letters’ ("Observation of Magnon Polarization") 지에 게재됨.