[논문]Sr-페라이트 자성 입자의 활성화 부피의 자기장 의존성

김현수; 정순영; 김경민; 권해웅

doi:10.4283/jkms.2016.26.6.196

초록
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크기가 서로 다른 Sr-페라이트 분말에 대한 활성화 부피의 자기장 의존성을 조사하였다. 그 결과, 입자의 크기가 큰 시료 C2 는 낮은 자기장 영역에서는 활성화 부피가 컸으나 자기장이 증가할수록 감소하였으며, 크기가 작은 시료 C3의 경우는 보자력과 거의 같은 고착 자기장에서 최대를 보이다가 감소하는 경향을 보였다. 이와 같은 현상은 자화 역전 현상을 설명하는 자구생성 및 자벽고착 자기장의 상대적 위치 그리고 쌍극자 상호작용의 세기에 밀접하게 관련되는 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study the mechanisms of magnetization reversal and magnetic interaction effects on activation volumes for Sr-ferrite with different particle sizes are investigated. The activation volumes of C2 sample are larger than those of C3 sample in the range of low magnetic fields. But the fields abov...

In this study the mechanisms of magnetization reversal and magnetic interaction effects on activation volumes for Sr-ferrite with different particle sizes are investigated. The activation volumes of C2 sample are larger than those of C3 sample in the range of low magnetic fields. But the fields above the coercivity of sample C2, the activation volumes of both samples are decreased linearly with increasing the applied magnetic field. These phenomena can be explained by the strengths of two critical fields representing the reverse domain nucleation field and the domain wall pinning field as well as the strength of dipolar interaction.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

자화 역전 현상과 자기 상호작용 기구를 통하여 입자의 크기가 서로 다른 시료의 활성화 부피의 자기장 의존성을 조사 하였다. 그 결과 입자의 크기가 큰 시료 C2는 낮은 자기장 영역에서 생성된 초기 자구를 중심으로 많은 자구가 쉽게 생성되기 때문에 낮은 자기장 영역에서 활성화 부피가 크고 인가 자기장이 더 증가하여도 활성화 부피는 증가하지 않았다.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 입자의 크기에 따라 보자력뿐만 아니라 자화 역전 기구와 자기 상호작용 세기가 서로 다른 것으로 밝혀진[4] 크기가 다른 두 종류의 Sr-페라이트 자성 분말을 택하여 인가 자기장에 따른 활성화 부피를 조사하고, 자기 역전현상, 자기 상호작용의 종류 및 세기가 활성화 부피와 어떤 관계를 갖는지 규명하고자 시도하였다.
보자력, 포화자화, 잔류자화와 각형비 등 시료의 자기적 성질은 시료 진동형 자력계(Vibrating Sample Magnetometer: VSM)를 사용하여 상온에서 측정하기 위해 분말을 액상 파라 핀왁스와 충분히 혼합한 후 10 kOe의 자장을 인가하여 배향 시킨 다음 고화시켜 입자들을 고정시켜 약 6 × 6 mm 크기의막(film)을 제작하였다. 활성화 부피의 자기장 의존성을 규명 하기 위해 자기모멘트 감쇠의 시간 의존성과 직류 자기소거 잔류 자화(DC Demagnetized Remanence: DCD) 곡선을 측정하였다.
보자력, 포화자화, 잔류자화와 각형비 등 시료의 자기적 성질은 시료 진동형 자력계(Vibrating Sample Magnetometer: VSM)를 사용하여 상온에서 측정하기 위해 분말을 액상 파라 핀왁스와 충분히 혼합한 후 10 kOe의 자장을 인가하여 배향 시킨 다음 고화시켜 입자들을 고정시켜 약 6 × 6 mm 크기의막(film)을 제작하였다. 활성화 부피의 자기장 의존성을 규명 하기 위해 자기모멘트 감쇠의 시간 의존성과 직류 자기소거 잔류 자화(DC Demagnetized Remanence: DCD) 곡선을 측정하였다. 자기모멘트 감쇠의 시간 의존성은 시료를 포화시킨 다음 자기장과 반대 방향의 일정 크기의 자기장을 600초 동안 인가한 상태에서 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 시료는 육방정계 구조의 magnetoplumbite 형 strontium ferrite(SrFe₁₂O₁₉)로, 합성 시료의 입도를 조절 하기 위하여 일차적으로 습식 분쇄기(pulverizer)로 30분 파쇄 하여 수십 μm에서 약 100 μm 크기의 입도를 가진 조대분말 (Coarse: C2)을 제조하였다. C2 시료 입자의 크기는 아주 미세한 크기에서부터 약 100 μm 크기의 넓은 입도 분포를 하고 있지만, 수십 μm에서 약 100 μm 크기의 입도를 갖는 입자들이 전체 체적의 대부분을 차지하고 있으며, 합성 상태의 미세한 결정립 크기를 감안하면 C2 입자 대부분은 한 입자 내에 많은 수의 결정립을 포함하는 다결정립으로 취급할 수있다.
C2 시료 입자의 크기는 아주 미세한 크기에서부터 약 100 μm 크기의 넓은 입도 분포를 하고 있지만, 수십 μm에서 약 100 μm 크기의 입도를 갖는 입자들이 전체 체적의 대부분을 차지하고 있으며, 합성 상태의 미세한 결정립 크기를 감안하면 C2 입자 대부분은 한 입자 내에 많은 수의 결정립을 포함하는 다결정립으로 취급할 수있다. 입도를 더욱 줄인 미세분말 시료 C3 입자의 대부분은그 크기가 약 2 μm 이하의 미세 입자로 되어 있다. 위에서 언급한 것처럼 크기가 약 2 μm 이하인 합성 상태의 결정립 들이 파쇄과정에서 각 결정립들이 분리되고 또한 그 일부는 더욱더 파쇄가 진행되어 합성상태에서의 결정립 크기보다 훨씬 작은 미세입자로 가공된다[4].

이론/모형

따라서 이 시료 C3의 입자 들은 대부분이 단결정 입자인 것으로 판단할 수 있다. 합성직 후 시료의 상은 X-선 회절분석기(Cu-Kα)를 이용하여 분석하였고 가소체 및 분쇄 분말의 조직은 SEM을 이용하여 관찰하였다.

성능/효과

자화 역전 현상과 자기 상호작용 기구를 통하여 입자의 크기가 서로 다른 시료의 활성화 부피의 자기장 의존성을 조사 하였다. 그 결과 입자의 크기가 큰 시료 C2는 낮은 자기장 영역에서 생성된 초기 자구를 중심으로 많은 자구가 쉽게 생성되기 때문에 낮은 자기장 영역에서 활성화 부피가 크고 인가 자기장이 더 증가하여도 활성화 부피는 증가하지 않았다. 그러나 입자 크기가 작은 C3 경우는 생성된 자구가 인가 자기장이 증가함에 따라 자구가 계속 전파하여 보자력과 거의 같은 자벽고착 자기장에서 역전을 일으키므로 활성화 부피가 증가하다가 보자력 이상에서부터 감소하는 경향을 보이는 것으로 판단된다.
그 결과 입자의 크기가 큰 시료 C2는 낮은 자기장 영역에서 생성된 초기 자구를 중심으로 많은 자구가 쉽게 생성되기 때문에 낮은 자기장 영역에서 활성화 부피가 크고 인가 자기장이 더 증가하여도 활성화 부피는 증가하지 않았다. 그러나 입자 크기가 작은 C3 경우는 생성된 자구가 인가 자기장이 증가함에 따라 자구가 계속 전파하여 보자력과 거의 같은 자벽고착 자기장에서 역전을 일으키므로 활성화 부피가 증가하다가 보자력 이상에서부터 감소하는 경향을 보이는 것으로 판단된다. 또한 활성화 부피는 보자력 영역에서 최대를 보이다가 더 큰 자기장 범위에서는 거의 일정하였다.
그러나 입자 크기가 작은 C3 경우는 생성된 자구가 인가 자기장이 증가함에 따라 자구가 계속 전파하여 보자력과 거의 같은 자벽고착 자기장에서 역전을 일으키므로 활성화 부피가 증가하다가 보자력 이상에서부터 감소하는 경향을 보이는 것으로 판단된다. 또한 활성화 부피는 보자력 영역에서 최대를 보이다가 더 큰 자기장 범위에서는 거의 일정하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자화 역전 현상과 자기 상호작용 기구를 통하여 입자의 크기가 서로 다른 시료의 활성화 부피의 자기장 의존성을 조사한 결과는 어떠한가?	자화 역전 현상과 자기 상호작용 기구를 통하여 입자의 크기가 서로 다른 시료의 활성화 부피의 자기장 의존성을 조사 하였다. 그 결과 입자의 크기가 큰 시료 C2는 낮은 자기장 영역에서 생성된 초기 자구를 중심으로 많은 자구가 쉽게 생성되기 때문에 낮은 자기장 영역에서 활성화 부피가 크고 인가 자기장이 더 증가하여도 활성화 부피는 증가하지 않았다. 그러나 입자 크기가 작은 C3 경우는 생성된 자구가 인가 자기장이 증가함에 따라 자구가 계속 전파하여 보자력과 거의 같은 자벽고착 자기장에서 역전을 일으키므로 활성화 부피가 증가하다가 보자력 이상에서부터 감소하는 경향을 보이는 것으로 판단된다. 또한 활성화 부피는 보자력 영역에서 최대를 보이다가 더 큰 자기장 범위에서는 거의 일정하였다.
	고밀도 자기 기록매체로 이용될 경우 무엇을 평가하는데 매우 중요한 물리량으로 인식되는가?	고밀도 자기 기록매체로 이용될 경우 활성화 부피는 기록 밀도와 열적 안정성을 평가하는데 매우 중요한 물리량으로 인식되어 이에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 높은 기록 밀도와 우수한 신호 대 잡음비를 실현하기 위한 조건으로는 가능한 낟알(grain)의 물리적 크기는 물론 낟알 사이의 상호 작용이 작아야 한다.
	육방정계 페라이트 MFe12O19(M = Ba, Sr, Pb)는 어디에 많이 활용되고 있는가?	육방정계 페라이트 MFe12O19(M = Ba, Sr, Pb)은 magnetoplumbite형(M-type) 경자성 재료로 우수한 자기적 성질, 화학적 열적 안정성 그리고 저렴한 생산단가 때문에 영구자석뿐만 아니라 자기기록 매체, 전자통신, 광자기와 마이크로파 등 각종 응용 소자로 많이 활용되고 있다[1-3].

참고문헌 (13)

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