[김동언 교수 연구실] 200 배 큰 초고속 자기 냉각 효과 세계 최초로 관측

포스텍 김동언 교수 그룹과 충북대    김동현 교수 그룹은 펨토초(10^-15초) ~ 피코초(10^-12초) 시간대의 초고속 상태에서 자기냉각 효과 연구를 수행했다.

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​비평형 상태에서 평형상태 보다 200 배 더 큰 자기냉각 효과를 얻을 수 있다는 것을 세계 최초로 관측했다. 거대 자기열량 효과 (Giant Magnetocaloric Effect)가 발견된 이후 자기냉각 효과 (Magnetic Cooling Effect)는 미래 친환경적 냉각 기술의 대안이 된다. 초고속 자화 동역학 과정은, 전자, 격자 그리고 스핀 간의 초고속 상호작용을 이해할 수 있는 단초를 제공하며 미래의 초고속 스핀디바이스 개발 면에서 의의가 크다

 자기장을 가하여 자성시스템의 엔트로피를 감소시켜 냉각시키는 자기냉각 효과의 존재는 1881년 독일과학자 Warburg 에 의해 처음 관측되었다. 이 후 P. Weiss (1917년), P. Debye (1926) 등에 의해 기본원리 등이 설명된 바 있으나, 자기장 냉각 메커니즘이 피코초 이하의 초고속 시간스케일에도 존재할 수 있고, 그 효과가 평형상태보다 200배 더 크다는 것이 이번 실험에 의해 세계 최초로 보고되었다. 김동언 교수 연구팀은 충북대 김동현 교수 연구진과의 공동연구를 통해, 펨토초 시간대에서 220배 큰 거대 자기냉각효과의 존재를 관측하고 이 때 발현되는 스핀-격자간 동역학적 성질을 세계최초로 관측하였다.

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 이 연구결과는 10월 6일, 자연과학 분야 저명 학술지인 네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications, IF=12.124) 온라인 판에 게재되었다