물리학계의 난제 정밀금속 '인바' 비밀 풀릴까

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엠바고 파기시 전적으로 귀사에 책임이 있습니다.>IBS 박제근 교수팀 "자성물질에서 스핀파-격자 진동 현상이 열쇠" 단서 제시

물리학계의 난제로 꼽히는 정밀금속 '인바'의비밀을 풀 단서를 국내 연구진이 제시했다.

니켈과 철의 합금인 인바는 열팽창계수(온도에 따른 금속의 길이 변화율 값)가매우 작은 희귀한 물질이다.

1897년 처음 발견된 뒤 현재까지 산업 분야에서 시계 등 초정밀 부품 소재로 쓰이고 있다.

100년이 넘는 시간이 흘렀지만 인바가 왜 온도가 올라가도 팽창하지 않는지에대해서는 알려져 있지 않다.

IBS(기초과학연구원) 강상관계 물질 연구단 박제근 교수 연구진은 '스핀파-격자진동' 현상에서 인바의 원리를 밝힐 수 있는 실마리를 제시했다.

연구팀은 물질 내에서 원자가 일으키는 미세한 떨림인 격자진동(Phonon)이 인바의 열팽창을 막는다는 가설에 착안했다.

이어 인바와 같은 자성 물질인 망간산화물에서 스핀파(spin wave·입자의 고유운동량)와 격자진동 현상을 실험으로 증명하는 데 성공했다.

망간산화물은 강유전성(외부에서 전기장이 가해지지 않아도 전기적 분극을 유지하는 특성)과 강자기성(외부 자기장이 없는 상태에서도 자기화되는 물질)을 동시에갖는 다중강성(multiferroic) 물질이다.

연구팀은 망간산화물에 대한 중성자 산란 실험을 통해 산화물 안에서 스핀파가격자진동과 결합해 원자의 에너지와 운동량을 강하게 함으로써 새로운 스핀-격자 준입자를 만든다는 것을 밝혀냈다.

망간산화물이 다중강성을 띠게 되는 것은 이 같은 강한 수준의 스핀파-격자 결합 때문인데, 인바에서 열팽창이 거의 일어나지 않는 것 또한 같은 원리로 설명할수 있다는 것이 연구팀의 설명이다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션'(Nature Communications)이 날짜에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>