코발트 나노입자의 영자기장핵자기공명 연구

Abstract

직경 8nm의 코발트 나노입자를 영자기장 핵자기공명으로 연구하였다. 표면에서는 부족한 이웃 원자의 수로 인한 대칭성의 차이로 인하여 벌크에서와 다른 자기적 현상이 나타나는 것으로 알려져 있다. 이러한 표면 효과가 전체 자화에 어떠한 영향을 끼치는지 아는 것은 흥미있는 연구이다. 특히, 나노 입자에서는 부피가 작아질수록 표면 대 부피의 비율이 급속도로 커지기 때문에 표면 효과를 분명하게 관측할 수 있다. 영자기장핵자기공명은 물질 내부의 국소 자기장을 선택적으로 관측하는 것으로서, 표면 국소 자기장 연구에 매우 적합한 도구이다. 실험 결과, 본 코발트 나노입자에서 벌크에서 나타나지 않는 스펙트럼이 발견되었고 이것은 표면에서 발생한 국소 자기장에 기인하는 것으로 추정된다. 표면에서의 국소 자기장이 벌크의 국소 자기장보다 작은 값을 가진다는 실험 결과는 이론적인 예측과 일치한다. 크기가 작은 나노입자는 표면효과 뿐만 아니라, 초상자성을 가지고 있는 것을 알려져 있다. 이러한 초상자성은 열에 의하여 전자스핀들이 회전하는 것에 비롯된다. 영자기장핵자기공명의 경우 신호 증폭률은 전자스핀의 회전과 밀접하게 관계되어 있다. 본 연구에서는 나노 압자의 신호 증폭률이 덩어리의 신호 증폭률보다 크다는 것을 관측하였다. 이러한 실험 결과는 전자스핀이 열에 의한 회전이 존재한다는 것을 증명해준다.