자구의 뜻
강자성체나 페리자성체 안에서 자화의 방향이 정렬된 작은 영역. 표면의 자극에 의한 정자기 에너지를 낮추기 위해 많은 자구로 나뉜다.
일본어 명칭: 磁区
‘자구’ 관련 연습 문제는 2개 분야에 6문제가 있습니다(자성 재료, 전자·자성·광학 재료 등).
이 용어의 분야: 자성 재료
자구 연습 문제에 도전
강자성체가 외부 자기장이 없어도 많은 자구로 나뉘는 주된 이유는 무엇인가?
- A이웃한 원자의 자기 모멘트를 평행으로 정렬시키려는 교환 상호작용의 에너지를 낮추기 위해
- B전체가 균일하게 자화되었을 때 표면에 나타나는 자극이 만드는 정자기 에너지(반자기장 에너지)를 낮추기 위해
- C퀴리 온도보다 아래에서도 열진동에 의해 원자의 자기 모멘트 방향이 제각각이 되기 때문
정답과 해설 보기
정답: B. 전체가 균일하게 자화되었을 때 표면에 나타나는 자극이 만드는 정자기 에너지(반자기장 에너지)를 낮추기 위해
결정 전체가 한 방향으로 자화되면 표면에 큰 자극이 나타나고, 외부와 내부에 자기장(내부에서는 반자기장)이 생겨 큰 정자기 에너지를 가집니다. 방향이 다른 자구로 나뉘면 자극이 상쇄되어 이 에너지가 크게 낮아집니다. 한편 자구의 경계인 자벽에서는 모멘트가 조금씩 방향을 바꾸므로, 교환 에너지와 이방성 에너지만큼 에너지가 늘어납니다. 실제 자구의 크기는 둘의 균형으로 정해집니다. 교환 상호작용은 모든 모멘트를 정렬시키는 방향으로 작용하므로, 자구로 나뉘면 교환 에너지는 오히려 늘어납니다. 열진동으로 모멘트가 제각각이 되는 것은 퀴리 온도보다 위의 상자성 상태입니다.
부피 V인 단자구 입자의 자화가 열로 반전할 때의 에너지 장벽을 KV(K는 자기 이방성 상수)로 하고, 측정 시간을 100 s 정도로 하면 KV = 25kT가 초상자성이 되는 경계의 기준이다. K = 1.1×10⁴ J/m³, 온도 300 K, 볼츠만 상수 k = 1.38×10⁻²³ J/K로 할 때, 초상자성이 되는 구형 입자 지름의 상한에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- A약 9 nm
- B약 13 nm
- C약 26 nm
정답과 해설 보기
정답: C. 약 26 nm
경계의 부피는 V = 25kT/K = 25 × 1.38×10⁻²³ × 300/(1.1×10⁴) ≈ 9.4×10⁻²⁴ m³입니다. 구의 부피 V = πd³/6으로부터 d = (6V/π)^(1/3) ≈ 2.6×10⁻⁸ m가 되며, 지름 약 26 nm 이하의 입자가 초상자성이 됩니다. 약 13 nm는 반지름을 구하여 그대로 지름으로 답한 값이고, 약 9 nm는 계수 25를 빠뜨리고 KV = kT로 한 값입니다. 25라는 계수는 반전의 시도 시간을 약 10⁻⁹ s로 하여 ln(100 s/10⁻⁹ s) ≈ 25에서 온 것입니다. 지름은 K의 1/3제곱에 반비례하므로, 이방성이 큰 재료일수록 작은 입자로도 자화를 안정하게 유지할 수 있습니다.
해설 속의 ‘자구’
방향이 다른 자구로 나뉘면 자극이 상쇄되어 이 에너지가 크게 낮아집니다.
강자성체가 외부 자기장이 없어도 많은 자구로 나뉘는 주된 이유는 무엇인가?소자 상태의 강자성체는 내부가 자화 방향이 서로 다른 많은 자구로 나뉘어 있어, 전체적으로 자화가 상쇄되어 있습니다.
소자 상태의 강자성체에 외부 자기장을 가해 서서히 강하게 할 때, 자화가 진행되는 원리로 옳은 것은 무엇인…거시적으로는 강자성체와 마찬가지로 자구나 히스테리시스를 보이지만, 포화 자화는 철 등의 강자성 금속보다 작아집니다.
마그네타이트(Fe₃O₄) 등의 페라이트가 보이는 페리자성에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?큰 입자는 많은 자구를 가지며, 자화의 반전은 약한 자기장에서도 움직이는 자벽의 이동으로 일어나므로 보자력은 작아집니다.
강자성체의 입자를 수 µm에서 nm 크기까지 작게 해 갈 때, 입자의 보자력 변화로 옳은 것은 무엇인가?실제 보자력은 결정립 표면 등에서 역자구가 생겨나므로 HA보다 상당히 작으며, 입계상 등의 조직 제어로 높입니다.
Nd₂Fe₁₄B를 주상으로 하는 네오디뮴 자석이 큰 보자력을 가질 수 있는, 물질로서의 주된 이유는 무엇인…
‘자구’ 관련 문제(6문제)
- 강자성체가 외부 자기장이 없어도 많은 자구로 나뉘는 주된 이유는 무엇인가?
- 부피 V인 단자구 입자의 자화가 열로 반전할 때의 에너지 장벽을 KV(K는 자기 이방성 상수)로 하고, 측정 시간을 100 s 정도로 하면 KV = 25kT가 초상자성이 되는 경계의 기준이다. K = 1.1×10⁴ J/m³, 온도 300 K, 볼츠만 상수 k = 1.38×10⁻²³ J/K로 할 때, 초상자성이 되는 구형 입자 지름의 상한에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 소자 상태의 강자성체에 외부 자기장을 가해 서서히 강하게 할 때, 자화가 진행되는 원리로 옳은 것은 무엇인가?
- 마그네타이트(Fe₃O₄) 등의 페라이트가 보이는 페리자성에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 강자성체의 입자를 수 µm에서 nm 크기까지 작게 해 갈 때, 입자의 보자력 변화로 옳은 것은 무엇인가?
- Nd₂Fe₁₄B를 주상으로 하는 네오디뮴 자석이 큰 보자력을 가질 수 있는, 물질로서의 주된 이유는 무엇인가?
관련 용어
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