자장에서 스핀아이스의 거동(Aspects of Spin Ice under Magnetic Field)

전문가 제언

□ 이 글은 일본 고체물리 Vol.39, No.9, (2004)에 실린 내용이다. 여러 동료학자에게 의견도 많이 듣고 이 분야의 각종 논문을 골고루 참작하여 기술한 양자세계의 심오한 부분을 과학적으로 밝혀보고 싶어 하는 의도에서 기술한 것이다. 순수한 기초분야의 내용이다.

□ 이 논문의 내용은 열역학 제3법칙에 대한 실험적인 시도와 절대온도 0도에 이르는 과정에서 나타나는 화합물의 구조변화를 여러 면에서 관찰하고 그 구조의 특이한 현상이 열역학 제3법칙을 설명하는데 장해요인이 된다는 것을 이해시키려는 논문으로 보여 진다.

□ 동일 물질에서 틀리는 상에서 전이가 등온변하로 일어날 때에 그 엔트로피의 변화 △S는 절대온도 T→0의 극한에서는△S→0가 된다는 일반법칙이다. 그런데 M. Planck은 더 나아가 열평형상태에 있는 물질이나 그 장으로 되는 계의 엔트로피 S는 T=0에 있어서의 값은 0이 된다는 것을 가정한 것이다. 이 사실은 한정된 과정을 통해서 절대온도 0에 도달하는 것은 불가능하다는 것을 암시하고 있다.

□ 이 글에서는 잔유 엔트로피가 문제가 된다. 여기서 열역학 제3법칙이 성립되지 않는 이유는 2가지로 생각한다. 그 하나는 측정이 이루어진 최저온도보다 낮은 온도영역에서 H2O가 약한 상호작용을 일으켜 비열 이상현상이 일어날 가능성이 있다는 것이다. 다른 하나는 한정된 측정시간 때문에 사실평형에서 거리가 먼 계에 대하여 실험이 이루어져서 난잡한 구조의 비열을 측정하는 시간에 이미 계가 동결해 버리는데 기인하는 것이다.

□ 스핀아이스에는 스핀간의 유효작용은 1K정도에서 보인다. 여기에 충분히 낮은 온도까지 측정한 비열에 하자는 보이지 않는다. 따라서 비열이상현상은 없는 것으로 보인다. 얼음의 잔유 엔트로피의 문제와 스핀아이스에는 조절이 불가능한 시간단위와 밀접한 관개가 있다고 본다.

저자

Masafumi Udagawa ; Masao Ogata

자료유형

원문언어

일어

기업산업분류

기초과학

연도

2004

권(호)

39(9)

잡지명

고체물리(C178)

과학기술
표준분류

기초과학

페이지

577~584

분석자

박*학

분석물

• 자장에서 스핀아이스의 거동.pdf [169,637 byte]

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