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다강성 자전기 복합물의 최근 개발동향

전문가 제언: ○ 강유전성, 강자성, 강탄성 중 두 개 이상의 성질을 동시에 가진 물질을 다강체(multiferroic material)라 한다. 이러한 물질은 외부 전기장에 의해 반전시킬 수 있는 자발 전기분극, 외부 자기장에 의해 방향을 바꿀 수 있는 자발자화, 응력에 의해 다른 결정구조나 방향성을 가진 안정된 상으로 상전이가 일어나는 자발변형 특성을 갖는다.

○ 다강체 중에서 강유전성과 강자성을 가진 자전기(magnetoelectric) 다강체에 대한 연구가 주류를 이루고 있다. 이에 대한 역사는 1960년대 초에 시작되었으나, 2003년대 초에 에피택셜 성장 BiFeO3(BFO) 박막의 큰 강유전분극과 사방정계 TbMnO3 및 TbMn2O5의 강한 자기/전기 결합의 발견을 계기로 비로소 연구가 활성화되었다.

○ 자전기 다강체의 ME 효과(magnetoelectric effect)는 고감도 교류 자기장 감지기, 새로운 논리소자, 전기적으로 조정 가능한 마이크로파 소자(필터, 발진기, 위상변이기 등), 스핀소자(터널 자기저항 센서, 전기장 조절에 의한 스핀밸브 등)에 유용하게 활용될 수 있다. 특히 전기장에 의한 자화반전, 자기장에 의한 전기분극 특성을 결합한 차세대 고집적 메모리의 출현을 기대할 수 있다.

○ 국내에서는 2000년대 중반 이후 포스텍(포항공대), 카이스트, 국민대, 영남대 등에서 다강성 복합물의 합성, 박막성장 및 특성평가, 물리적 특성 및 연구동향 등에 대한 학술 논문이 속속 발표되고 있다. 포스텍 물리학과 정상욱 교수는 다강성 산화물에 대한 연구를 통해 물리학계에 크게 공헌을 한 공로로 2010년 미국 물리학회가 수여하는 제임스 맥그로디상을 수상하기도 했다.

○ 다강체에 대한 연구는 사실상 초기 단계로 물리적인 이해 및 실용화를 위해 해결해야 할 과제가 많이 있다. 국내에서 다강체의 구조 및 제조방법에 대한 특허가 출원되고 있으나 아직 미미한 수준이며, 새로운 응용분야의 발굴, 새로운 재료 및 구조의 연구, 실용화를 위한 공정개발 등이 더욱 활성화되어 기술적인 우위를 선점할 수 있기를 기대한다.

저자: Jing Ma, Jiamian Hu, Zheng Li, Ce-Wen Nan
자료유형: 학술정보