초상자성의 뜻
아주 작은 강자성 입자에서 자화 반전의 장벽 KV가 열에너지에 비해 작아, 자화가 열로 반전해 보자력이 거의 0이 되는 상태.
일본어 명칭: 超常磁性
‘초상자성’ 관련 연습 문제는 1개 분야에 2문제가 있습니다(자성 재료 등).
이 용어의 분야: 자성 재료
초상자성 연습 문제에 도전
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 ‘초상자성’
구의 부피 V = πd³/6으로부터 d = (6V/π)^(1/3) ≈ 2.6×10⁻⁸ m가 되며, 지름 약 26 nm 이하의 입자가 초상자성이 됩니다.
부피 V인 단자구 입자의 자화가 열로 반전할 때의 에너지 장벽을 KV(K는 자기 이방성 상수)로 하고, 측…더 작게 하면 반전의 에너지 장벽 KV가 열에너지에 비해 작아져 자화가 열로 저절로 반전되는 초상자성이 되며, 보자력은 0에 가까워집니다.
강자성체의 입자를 수 µm에서 nm 크기까지 작게 해 갈 때, 입자의 보자력 변화로 옳은 것은 무엇인가?