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지난호





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PHYSICS PLAZA

새물리 하이라이트

등록일 : 2022-04-21 ㅣ 조회수 : 119

산소 분압에 따른 준강자성 NiCo2O4 (110) 박막의 격자 변형과 자기 이방성

김정배, 도중회, New Physics: Sae Mulli 72, 167 (2022).

캡션
▲ (a) [-110] 자화 용이축 방향 및 (b) [001] 자화 곤란축 방향의 규격화된 자기이력곡선.

이상적인 역스피넬 NiCo2O4에서 모든 Ni 양이온과 Co 양이온의 절반은 팔면체 자리에 위치하며 Co 양이온의 나머지 절반은 사면체 자리에 위치한다. 하지만 실험적으로 제작된 NiCo2O4 시료는 이상적인 양이온 분포를 만들기에는 어려움이 있다. 이론적 연구에 따르면, NiCo2O4 박막에서 격자 변형을 바꾸면 스핀-궤도 결합이 바뀌어 자기 이방성이 증가될 수 있다.1)

본 연구에서는 증착 온도를 350℃로 고정하고 5‒200 mTorr까지의 다양한 산소 분압에서 (110) MgAl2O4 기판 위에 압축 변형된 NiCo2O4 박막을 만들고 구조적, 자기적 특성을 연구하였다.2)

X선 회절 측정을 통하여 산소 분압이 증가함에 따라 NiCo2O4 박막의 (110) 면간거리가 증가하는 경향을 확인하였으며, 특히 10‒20 mTorr 근처에서 격자 변형이 크게 변함을 알 수 있었다. 그림과 같이 모든 박막 시료는 평면 내에서 [-110] 방향으로 자화가 쉽게 되고 [001] 방향으로 자화가 잘 되지 않는 뚜렷한 단축 자기 이방성을 갖고 있었다. 또한, 산소 분압을 증가시킬수록 준강자성-상자성 상전이 온도가 약 305 K에서 365 K까지 증가하는 것을 확인하였다. 결론적으로, 산소 분압은 양이온 분포의 변화를 유도하여 준강자성 특성을 바꾸고 격자 변형이 바뀜에 따라 스핀-궤도 결합에 따른 자기 이방성을 변화시키는 주요 변수임을 확인할 수 있었다.


대학 물리교육에서 작용량 개념 도입의 의의와 가능성

임성민, New Physics: Sae Mulli 72, 198 (2022).

캡션

물리학을 보다 쉽게, 하지만 본질적인 의미를 놓치지 않게 가르치는 것은 물리를 가르치는 사람들에게는 늘 바람이자 도전이다.

이에 대한 접근은 교수 방법의 재구성 측면과 교육 내용의 재구성 측면으로 나누어 고려할 수 있는데, 이 연구는 내용 재구성 측면에서 물리 교수학습의 대안적 접근 방식으로서 대학 물리교육에서 작용량 개념의 의의와 가능성을 탐색하고자 하였다. 이를 위해 연구자는 작용량 개념이 물리학습에서 갖는 유용성을 이론적으로 고찰하였고, 선행연구에서 제안한 ‘작용량 개념 검사’를 활용하여 예비 물리교사 39명을 대상으로 작용량 개념에 대한 이해 정도를 조사하였다.

이론적 고찰 결과를 요약하면, 작용량 개념은 고전역학과 양자역학에 대한 대안적 설명 체계를 제공할 뿐 아니라 고전물리학과 현대물리학을 통합적으로 연계하는 관통 개념이 될 수 있다. 작용량 개념에 대한 이해 조사 결과를 요약하면, 예비 물리교사들의 작용량 개념에 대한 이해 정도는 평균 정답률이 27%로 다소 낮은 편이며 특히 확률, 경로, 복소함수 등의 개념에서 가장 낮다. 문항별 반응 유형을 분석해보면 다수의 문항이 정답률과 응답집중지수가 모두 낮은 ‘무작위 모형’에 해당하여 문항 자체가 어려웠음을 드러냈으나, 정상(stationary), 경로(path) 등 일부 개념에서는 오개념이 존재할 수 있음을 확인하였다. 작용량 개념을 명시적으로 학습하지 않은 예비 물리교사들이 정상작용원리, 다중경로 등 생소한 개념에 대해서 비교적 양호한 이해를 보였다는 점은 작용량 개념의 학부 수준에서 도입 가능성을 제시하며, 또한 양자역학 이수 여부에 따라서 작용량 개념에 대한 정답률이 의미있게 달라진다는 점에서 작용량 개념 도입의 시기와 방법에 대한 필요성을 시사한다.

한편, 작용량 개념 도입에는 개념 자체의 추상성과 수학적인 어려움이 뒤따른다. 반면 작용량에 기초한 물리학은 자연 현상을 수학적으로 기술하는 방식의 차이뿐 아니라 철학적인 접근의 차이로서도 의미있다. 대학 물리교육 수준에서 작용량 개념 도입에 대한 관심과 다양한 논의가 기대된다.

각주
1)C. Mellinger et al., Phys. Rev. B 101, 014413 (2020).
2)김정배, 도중회, New Physics: Sae Mulli 72, 167 (2022).
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