理學산책

KAIST 과학자들 세계물리학계 20년 숙제 풀어

kongbak 2007. 11. 23. 11:20
KAIST 과학자들 세계물리학계 20년 숙제 풀어
입력: 2007년 07월 16일 05:36:14
 
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국내 과학자들이 세계 물리학계의 20년 숙제를 풀었다.

KAIST는 물리학과 신성철 교수(55)와 류광수 박사(30)팀이 자구벽 미세구조 변화가 거듭제곱법칙(power law)에 미치는 영향을 세계 최초로 규명, ‘같은 차원의 자성체에서 거듭제곱법칙 분포지수가 왜 다양한 값을 갖는지’에 대한 오랜 의문의 해답을 찾아냈다고 15일 밝혔다.

신교수·류박사팀의 연구 결과는 세계적 학술지인 ‘네이처 피직스’(Nature Physics)의 16일자 인터넷판에 게재되며, 물리분야의 획기적 발견을 소개하는 네이처지 ‘NEWS & VIEWS’에 해설기사로 실렸다.

거듭제곱법칙이 자성체(자성을 지닌 물질)에도 존재한다는 사실은 1919년 독일의 물리학자 박크 하우젠이 처음 발견했다. 이 현상을 ‘박크 하우젠 잡음현상’이라고 한다.

그동안 박크 하우젠 잡음현상도 거듭제곱법칙 통계분포로 설명될 수 있다는 것은 입증됐지만 ‘거듭제곱법칙 분포지수가 같은 차원의 자성체에서 왜 다양한 값을 갖는지’는 해결 과제로 남았었다.

연구팀은 특수 기능의 ‘광자기 현미경’을 제작, 자구역전(자성체의 자화 방향이 반대로 바뀌는 것) 과정을 400nm(나노미터) 분해능(分解能)으로 실시간 관찰한 결과 자구벽(상이한 자화방향의 두 자기구역 사이의 경계면)의 미세구조 변화가 거듭제곱법칙 분포지수 변화에 결정적 영향을 미친다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀이 망간아세나이드 자성 박막의 온도가 섭씨 20도에서 35도로 상승하는 과정에서 자구벽 구조가 톱니 모양에서 평평한 모양으로 민감하게 변화하는 것을 발견한 것이다.

이같은 연구 성과는 거듭제곱법칙 분포지수가 자성체 차원에만 의존한다는 학계의 기존 학설을 뒤집는 동시에, 지난 20년간 박크 하우젠 잡음현상 연구에서 과제로 남았던 의문점을 확실히 규명한 것으로 평가된다.

아울러 자성체 스핀을 이용해 혁신적 신소자를 개발하는 ‘스핀트로닉스’ 기술 구현시 장애가 되는 잡음현상을 정확히 이해하는 데도 크게 기여할 것으로 보인다. 연구팀 신성철 교수는 오는 11월 미국 플로리다에서 열리는 ‘자성 및 자성체학회’(MMM)에 초청 연사로 참석, 이번 연구 성과를 직접 소개할 예정이다.

▶거듭제곱법칙(power-law)

일반적으로 큰 것은 극단적으로 드물고, 조그만 것이 매우 많이 나타나는 현상을 말한다. 강도가 센 지진의 발생 빈도는 적은 반면 강도가 약한 지진은 자주 일어나는 것이 이 법칙의 한 예이다. 주식시장의 수익률분포, 재산 및 수익분포 등에서도 거듭제곱 꼴이 나타나고, 8대 2의 파레토 법칙도 거듭제곱법칙의 일종이다.

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