김성웅 성균관대 연구팀, 새로운 자석 소재 개발 성공

[파이낸셜뉴스] 희토류 원소에 대한 가격 부담과 안정적 원료 공급 문제에 시달리던 '자석'을 새로운 소재로 만드는 기술이 개발됐다.

성균관대학교는 에너지과학과 김성웅 교수(사진) 연구팀이 강자성 특성을 가진 전자화물 자석 소재를 세계 최초로 합성하고 원리 규명에 성공했다고 25일 밝혔다.

현재까지 자석 소재에 필수 구성요소로 여겨졌던 희토류 원소를 사용하지 않거나 그 사용량을 현저히 감소시킨 새로운 자석 소재의 개발을 위해 격자간 음이온 전자로 이루어진 '전자화물'에 대한 연구가 주목받아왔다. 격자간 음이온 전자가 독립적으로 소재 내부의 빈 공간에 존재할 경우 강자성 특성을 발현할 수 있다는 이론적인 예측은 보고됐으나, 정작 새로운 자성 소재의 합성에 성공한 예는 없었다.

김성웅 교수 연구팀은 2차원 층상구조의 층간의 빈 공간에 독립적으로 위치하면서 고유의 자기 모멘트(magnetic moment)를 갖는 격자간 음이온 전자의 존재를 세계 최초로 규명했다.

또 이러한 전자들이 층간에서 주변 양이온과 강한 상호작용(exchange interaction)을 통해 강자성 특성이 발현되는 2차원 전자화물 자석 소재(Gd2C)를 개발하는 데 성공했다.

특히, 2차원 전자화물 자석 소재(Gd2C)는 희토류 원소만으로 이루어진 기존 자석보다 더 강한 자기 모멘트를 가지고 있어 전자화물 소재를 응용하면 희토류 원소를 줄이면서도 동일한 자기 특성을 갖는 새로운 자석 소재 개발이 가능하다는 것을 보여준다는 점에서 의의가 있다.

이번 연구로 자석 소재 합성에 필요한 고가의 희토류 원소 사용을 줄이고, 저가 원소로 이루어진 전자화물의 자석 소재 개발이 가능할 것으로 기대된다.

본 연구 성과는 과학기술분야 세계적인 학술지인 네이쳐 커뮤니케이션즈 (Nature Communications, IF 11.878)에 지난 23일 게재됐다.

[e-mail] 김동호 기자