희토류 망간 산화물의 격자구조© News1

기초과학연구원(IBS)은 강상관계 물질 연구단 박제근 부연구단장 연구팀이 다중강성체 내에서 특정 물리현상에 의한 새로운 동력학 현상을 발견하고, 이론적으로 입증해 인바 문제를 풀어낼 실마리를 찾았다고 29일 밝혔다.

온도 변화에 따른 열팽창이 거의 없는 특이한 성질을 지닌 인바(invar, 니켈-철 합금)는 1897년 등장한 후 현재까지 시계 등 초정밀 부품 소재로 각광받고 있다.그러나 100년 이상이 지나도 톡특한 성질이 밝혀지지 않고 있다.

이에 연구진은 산란된 중성자가 준입자와 에너지를 교환하도록 했다.

그 결과 중성자의 에너지 변화를 관찰해 준입자의 에너지와 존재를 관측할 수 있었다. 이후 관측값과 계산값을 비교, 스핀파와 격자 진동의 결합 방식을 최초로 증명했다.

다중강성체 내에서 스핀파가 격자진동과 결합해 구성 원자들의 특정 에너지와 운동량을 강하게 해 새로운 스핀-격자 준입자를 만든다는 것.

학계에서 계속해 예측을 해왔으나 명확한 실체가 밝혀진 게 이번이 처음이다.

박 부단장은 “이번 연구로 자성재료에서 100여 년 동안 난제로 남았던 스핀파와 격자진동 결합의 실체를 확인했다”며 “이번 연구 성과가 인바 문제 해결뿐만 아니라 다양한 재료의 메커니즘 파악에 큰 실마리가 될 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구 성과는 과학저널 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications, IF 11.470) 10월19일자에 게재됐다.


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