응용

빛이 소리를 낼 수 있다는 사실을 알고 계셨나요? 19세기 후반, 과학자 알렉산더 그레이엄 벨(전화 발명가 중 한 명으로 간주됨)은 물질이 빛 에너지를 흡수한 후 음파를 생성하는 현상, 즉 광음향 효과를 발견했습니다.   알렉산더 그레이엄 벨 이미지 출처: Sina Technology   1960년대 이후에는 미약신호 감지 기술이 발달하면서 고감도 마이크와 압전 세라믹 마이크가 등장했다. 과학자들은 광음향 효과를 기반으로 한 새로운 분광 분석 기술인 광음향 분광학을 개발했습니다. 광음향 분광학은 시료의 물질과 분광학적 열 특성을 감지하는 데 사용할 수 있으며 무기 및 유기 화합물, 반도체, 금속, 고분자 재료에 대한 물리화학적 연구를 위한 강력한 도구가 됩니다. , 등.     빛이 소리를 생성하게 하려면 어떻게 해야 할까요? 아래 그림과 같이 모노크로메이터로 변조된 광원이나 펄스레이저 등의 펄스광이 광음향셀에 입사됩니다. 광음향 셀에서 측정되는 물질은 빛 에너지를 흡수하며, 입사되는 빛의 파장과 물질에 따라 흡수율이 달라집니다. 이는 서로 다른 물질을 구성하는 원자분자의 에너지 준위가 다르기 때문이며, 입사광의 주파수 ν가 에너지 준위 hν에 가까울수록 물질에 의한 빛의 흡수율이 증가합니다. 빛을 흡수한 후 더 높은 에너지 준위로 도약하는 원자 분자는 더 높은 에너지 준위에 남아 있지 않습니다. 대신, 그들은 에너지를 방출하고 가장 낮은 바닥 상태로 다시 이완되는 경향이 있습니다. 여기서 방출된 에너지는 종종 열 에너지로 나타나고 재료가 열적으로 팽창하고 부피가 변화하게 합니다. 예를 들어, 물질을 광음향 셀에 넣어서 물질의 부피를 제한하면 물질의 팽창으로 인해 압력이 변화하게 됩니다. 입사광의 강도에 주기적인 변조를 적용한 후 재료의 온도, 부피 및 압력도 주기적으로 변경되어 감지 가능한 기계적 파동이 발생합니다. 이 진동은 민감한 마이크나 압전 세라믹 마이크에 의해 감지될 수 있으며, 이를 광음향 신호라고 합니다.   원리 회로도     락인 증폭기는 광음향 신호를 어떻게 측정합니까?   요약하면, 광음향 신호는 매우 작은 열(원자 또는 분자 이완에 의해 방출됨)에서 변환된 훨씬 작은 압력 신호에 의해 생성됩니다. 이렇게 매우 약한 신호를 감지하는 것은 반드시 잠금 증폭기 없이는 수행될 수 없습니다.   광음향 분광학에서 마이크에서 수집된 신호는 전치 증폭기에 의해 증폭된 다음 잠금 증폭기에 의해 필요한 주파수 신호에 고정되어야 합니다. 이러한 방식으로 높은 신호 �

반강자성 물질이란?   그림 1: 반강자성체의 자기 모멘트 배열   철의 일반적인 특성은 강자성, 강유전성, 강탄성입니다. 두 가지 이상의 철 특성을 동시에 갖는 재료를 다강성 재료라고 합니다. 다강체는 일반적으로 강한 철 결합 특성을 가지고 있습니다. 즉, 재료의 한 철 특성은 다른 철 특성을 조절할 수 있습니다. 예를 들어 인가된 전기장을 사용하여 재료의 강유전성 특성을 조절하여 재료의 강자성 특성에 영향을 줄 수 있습니다. 이러한 다강성 물질은 차세대 전자 스핀 소자가 될 것으로 기대된다. 그 중 반강자성 물질은 인가된 자기장에 대해 우수한 견고성을 나타내기 때문에 널리 연구되어 왔습니다.   반강자성(antiferromagnetism)은 자기 모멘트가 반평행 엇갈린 순서로 배열되고 거시적인 순 자기 모멘트를 나타내지 않는 재료의 자기 특성입니다. 이 자기적으로 정렬된 상태를 반강자성이라고 합니다. 반강자성 물질 내부에서는 인접한 원자가 전자의 스핀이 반대 방향이 되는 경향이 있어 자기장이 생성되지 않습니다. 반강자성 물질은 상대적으로 흔하지 않으며 산화제1철, 망간철 합금, 니켈 합금, 희토류 합금, 희토류 붕소화물 등과 같이 대부분 저온에서만 존재합니다. 그러나 다음과 같이 상온에서 반강자성 물질도 있습니다. 현재 뜨거운 연구가 진행되고 있는 BiFeO3.   반강자성 재료의 응용 전망 반강자성에 대한 지식은 주로 중성자 산란 기술의 발달로 인해 물질의 스핀 배열을 "볼" 수 있고 이를 통해 반강자성의 존재를 확인할 수 있게 되었습니다. 아마도 노벨 물리학상은 연구자들이 반강자성 물질에 집중하도록 영감을 주었고, 반강자성의 가치는 점차적으로 탐구되었습니다.   반강자성 물질은 이온화 및 자기장 간섭에 덜 민감하며 일반적인 강자성 물질보다 몇 배 더 높은 고유진동수 및 상태 전이 주파수를 갖습니다. 반도체의 반강자성 정렬은 강자성 정렬보다 더 쉽게 관찰됩니다. 이러한 장점으로 인해 반강자성 재료는 스핀트로닉스에 매력적인 재료가 됩니다.   차세대 자기 랜덤 액세스 메모리는 전기적 방법을 사용하여 강자성체에 정보를 쓰고 읽습니다. 이는 강자성체의 내성을 감소시키고 안정적인 데이터 저장에 도움이 되지 않으며, 강자성체 재료의 표유 장은 고도로 통합되는 데 심각한 장애물이 될 수 있습니다. 추억. 대조적으로, 반강자성체는 순 자화가 0이고 표유 자기장을 생성하지 않으며 외부 자기장에 둔감합니다. 따라서 반강자성체 기반 메모리는 강자성 메모리 문제를 완벽하게 해결해 매우 매력적인 잠재적 메모리 소재가 된다.     그림 2: 자기 랜덤 액세스 메모리(인터넷에서 가져온 이미지)   반강자성 도메인 관찰 반강자성 영역에 대한 연구는 관찰 기술과 분리될 수 없습니다. 자구를 관찰하는 일반적인 수단은 자기력 현미경(MFM)으로, 이는 원자간력 현미경 기술을 사용하여 자기 바늘 끝을 사용하여 샘플 표면에 자기장력을 기록합니다. X선의 흡수율이 시료의 자기장을 반영할 수 있다는 원리에 기초한 X선 현미경 검사법 및 자기광학 Kerr 효과를 사용하여 자화 분포를 측정하는 자기광학 Kerr 현미경(Moke). 각 이미징 방법의 기술이 완벽하게 개발되었음에도 불구하고 이러한 수단은 약한 반강자성 자성으로 인해 단일 스핀 감지에 도달하기에는 감도 측면에서 부족하고 반강자성체의 자구 구조를 관찰하기 어렵습니다.   최근 몇 년 동안 다이아몬드의 특별한 결함 구조인 NV(Nitrogen-Vacancy) 센터가 많은 연구자들의 관심을 끌었습니다. NV 센터 스캐닝 프로브 현미경은 다이아몬드의 NV 센터를 AFM 프로브 팁에 통합하고 AFM 스캐닝 기술을 결합하여 샘플 표면의 자구 결과를 얻습니다. 이는 높은 감도(1 T/ Hz1/2), 공간 분해능(10nm) 및 비침습성. 분해능(10 nm) 및 비침습성.   비스무트 페라이트 BiFeO3(BFO)는 약한 강자성을 동반한 강유전성 및 반강자성을 갖는 다강자성 재료 부류에 속하며, 다강자성 재료 연구에서 현재 핫스팟 중 하나입니다. 고해상도 중성자 회절 연구에 따르면 BFO는 64nm 주기의 공간 자기 구조를 가지고 있는 것으로 나타났습니다. 2017년에 I. Gross et al. NV 중심 스캐닝 프로브 현미경을 사용하여 실온에서 BFO 필름의 반강자성 시퀀스를 관찰했으며, 실험 결과는 그림 3과 같이 약 70nm 주기의 스핀 진자 자기 구조를 관찰했습니다.   그림 3: I. Gross 등이 관찰한 BFO 주기 자기 구조. NV 센터 스캐닝 프로브 현미경을 사용하여 (이미지 출처: I.Gross et al. 단일 스핀 자력계를 사용한 비공선형 반강자성 질서의 실제 공간 이미징, Nature, 2017, 549:252)   그림 4: F. Aurore 등의 NV 중심 스캐닝 프로브 현미경을 사용하여 반강자성 구조 및 스커미온 관찰. (이미지 출처: F. Aurore 등. 단일 스핀 완화법을 통한 비공선형 반강자성 텍스처 이미징, Nature communications, 2012, 12:767)   또한 2021년에는 F. Aurore et al. 유사하게 그림 4와 같이 합성 반강자성체의 자구 벽 및 스커미온과 같은 자기 구조를 관찰하기 위해 NV 중심 스캐닝 프로브 현미경을 사용했습니다. 이 실험 결과는 NV 중심 스캐닝 프로브 현미경 기술이 다른 반강자성체에도 확장될 수 있음을 시사합니다. , 자기 국부 스핀파를 연구할 수 있는 새로운 기회를 제공합니다.     그림 5: CuMnAs 반강자성 도메인에 대한 NV 중심 스캐닝 프로브 현미경 연구 ( 이미지 출처 : MS Wörnle et al. 반강자성 도메인의 전류 유도 단편화 arXiv:2019, 1912.05287)   MS Wörnle은 NV 중심 스캐닝 프로브 현미경을 사용하여 CuMnAs 반강자성 도메인의 구조적 구성에 대한 전류 펄스의 영향을 연구했으며, 이는 큰 저항 변화가 전류 펄스 기록에 의해 유도된 자기 도메인의 나노 ...