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자기전기(magnetoelectric) 센서 재료의 현황과 전망

전문가 제언: ○전기자기적(ME) 효과는 외부 자기장에 의해 재료 내에서 유전성(dielectric) 분극이 야기되는 현상으로, 이것을 이용하여 자기센서를 만들 수 있다. 자기센서에는 여러 가지 종류가 있지만, ME자기센서는 저전력(<10㎼), 저주파(<10Hz), 고감도(<nT)용으로 사용하기에 특히 적합하다. 그러나 단상 화합물 ME재료만으로는 실용화가 어려우므로 최근에 다상 ME복합재료를 이용한 ME센서가 개발되고 있다.

○ 다상 ME복합재료란 자기장에 의해 자기변형을 일으키는 강자성체와 압전효과를 나타내는 강유전체를 결합시킨 것이다. ME자기센서는 자기를 감지하고, 그것을 압전체를 통해 전류신호로 변환/증폭시키는 복합적 역할을 수행한다. 현재 가장 유망한 ME자기센서는 강자성체와 압전성 강유전체를 층상으로 쌓아 만드는 적층형 구조이다. 본 연구에서는 이 적층형 ME자기센서와 실용화의 관건이 되고 있는 자기잡음의 제거에 대해 상세히 고찰한다.

○ ME재료의 존재는 1894년 Pierre Curie가 처음 예측하였고, 1961년에 실험적으로 증명되었다. 그 후 ME재료는 단상→입자형→적층형→마이크로/나노박막 화합물로 발전하였다. 적층형 ME자기센서 중에서는 Metglas(자성 금속유리)/ID전극/압전 섬유/ID전극/Metglas 순으로 적층한 다중 푸시-풀(multi-push-pull) 구조의 ME자기센서가 주목받고 있다. 최근에는 또 마이크로/나노박막 형 재료가 등장하여, 향후 전기기록/자기재생 메모리와 스핀트로닉스(spintronics) 분야에서의 응용이 기대되고 있다.

○ 2010년 이후 포항공대, 서울대, 이화여대, 서강대 등 대학과 KIST, KIMM(재료연구소) 등 연구소에서 ME재료와 관련된 다수의 논문(>180건)이 발표되었다. ME복합재료에 대한 연구는 60여 건, 마이크로/나노박막에 관한 논문은 30여 건 정도이고, 나머지는 ME효과와 관련된 강자성체, 강유전체, 다강체에 대한 것들이다. 그러나 적층형 ME복합재료와 그것을 이용한 자기센서 설계에 관한 연구는 3건에 불과하다. 기초연구도 중요하지만 앞으로 ME자기센서의 실용화 연구에도 노력을 기울일 필요가 있다.

저자: Yaojin Wang, Jiefang Li and D. Viehland
자료유형: 학술정보