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강상관전자기능과 그 가능성

전문가 제언: ○ 주기율표에서 최외각 전자가 d-각인 전이금속과 이 전이금속이 다양한 형태로 산화된 전이금속 산화물은 전자 구조와 전도 등의 기본 성질에서 전이금속의 d전자 구조가 매우 중요한 역할을 한다. 1950년대부터 전이금속 산화물에 대한 연구가 고체물리에서 오랫동안 진행되어 왔기 때문에 잘 알려진 물리 분야의 연구라 할 수 있다.

○ 1950년대부터 연구가 시작되어 최근에도 진행되고 있는 거대자기성전기저항을 보이는 망간 산화물 등이 합성되었고, 이 물질계의 자기적, 전기적 성질을 분석하기 위한 물리적 개념이 다양하게 발전되어 왔다. 전이금속 산화물은 고체물리의 밴드이론으로는 쉽게 설명이 안 되어 고체화학의 원자단위 궤도와 에너지준위 등의 개념을 도입하게 되었다.

○ 이러한 분자단위에 의한 해석으로도 전이금속 산화물의 이중성을 정확히 설명하는 데는 이론적 한계에 부딪치게 되었으며, 지금까지도 전이금속 산화물계는 고체물리로 해석되지 않는 새로운 현상과 특이한 현상이 많은 연구대상 분야로 되어 있다.

○ 1990년대 초 다시 본격적으로 연구가 시작된 페로브스카이트(Perov skite) 구조를 가진 망간 산화물에 대한 연구는 전이금속 산화물 연구의 과학적 중요성과 유용성을 다시 일깨워주는 계기가 되어, 거대자기성전기저항이라는 실생활에 응용이 가능한 성질을 제공하게 되었다.

○ 전자들의 금속성이 Mn3+와 Mn4+ 스핀의 자기정렬과 함께 나타나기 때문에 이중교차이론으로 거대자기성전기저항을 설명하고자 하였으나, 전자의 스핀분산만으로는 설명하기 어려웠고 전기적 절연성이 자기 정렬현상이 나타나기 전에 고온에서 나타나고, 쉽게 Jahn-Teller 디스토션(distortion)을 일으키는 특이한 전하가 존재하여 강한 전자-격자 상호작용이 있음을 알게 되었다.

○ 향후 전이금속 산화물계에서 발견되는 다양하고 새로운 현상을 완전히 해석할 수 있는 실험적 체계와 이론적 체계가 연구를 통해 이루어지고 그 물질의 특성이 밝혀져 더욱 실용화에 공헌하기를 바라는 바이다.

저자: Shigeki MIYASAKA, Yoshinori TOKURA
자료유형: 학술정보