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이규형·이우영 교수팀
이규형·이우영 교수팀, 희토류 카바이드계 영구자석 개발 특정 공간에 속박된 전자로 형성된 자성 격자를 포함하는 전자화물을 구현하여, 이를 새로운 자성 소재 개발 전략으로 활용 기대, 재료공학 분야 전문학술지 ‘Advanced Materials’ 게재
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사진 1. (왼쪽부터) 신소재공학과 이규형 교수, 이우영 교수, 황정윤 연구교수, 이승용 연구교수
우리 대학교 신소재공학과 이규형·이우영 교수팀(제1저자: 황정윤·이승용 연구교수)이 성균관대학교 김성웅 교수, 군산대학교 이기문 교수와 함께, 전자가 결정 격자 내 특정 위치에 존재하며 음이온 역할을 하는 침입형 준원자 전자(Interstitial Quasi-atomic Electrons, IQEs)와 양이온인 희토류 간의 상호작용을 활용해 강한 자기 이력과 자기 결정 이방성, 높은 자화력을 구현할 수 있는 새로운 영구자석 개발 전략을 제안했다.
일반적인 세라믹 소재는 금속 양이온과 음이온의 결합으로 이루어져 있지만, 전자화물(electride)은 전자가 원소 사이의 특정 공간에 음이온 형태로 존재하는 특성을 갖는다. 이러한 전자화물의 IQEs는 소재의 물성을 결정하는 핵심 인자로 작용하며, 전자·촉매·자성 등 다양한 물리·화학적 특성을 발현할 수 있다. 하지만 기존 연구에서는 약한 스핀-오비탈 결합(Spin-Orbit Coupling, SOC)과 교환 상호작용으로 인해 높은 자기적 특성을 구현하기 어려웠다.
연구팀은 Er, Ho, Dy, Tb 등 희토류 원소 두 개와 탄소(C) 원자로 구성된 2차원 구조의 전자화물을 합성하여, 서로 다른 스핀 분극을 갖는 자성 서브격자로 이루어진 페라이트계 자석과 유사한 구조를 구현했다. 연구 결과, 희토류 스핀 격자와 IQE 스핀 격자 간의 자기적 상호작용이 강한 자기 결정 이방성과 높은 보자력을 동시에 형성하는 것으로 확인됐다. 이를 통해 IQEs 기반의 자기 서브격자가 영구자석 특성을 구현할 수 있음을 실험적으로 증명했다.
그림1. [Re2C]2+·2e− 전자화물의 결정구조 및 자기적 특성
본 연구는 과학기술정보통신부 산하 한국연구재단의 중견연구자지원사업 지원을 받아 수행됐으며, 재료공학 분야 국제 학술지 Advanced Materials에 2월 19일 게재됐다.
논문 제목: Permanent Electride Magnets Induced by Quasi-Atomic Non-Nucleus-Bound Electrons
논문 주소: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202412956
Researcher
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Professor Lee Wooyoung
연세대학교 공과대학 신소재공학
WOOYOUNG@YONSEI.AC.KR
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Professor LEE KYU HYOUNG
연세대학교 공과대학 신소재공학
KHLEE2018@YONSEI.AC.KR
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