탄소나노축구공 모양의 풀러린 자석 발견 - 양성자 빔을 쬔 풀러린의 상온 강자성 실증 -
연국결과개요
1. 연구배경
영구 자석 또는 흔히 자석이라 부르는 물질은 상온 강자성을 보이는 물질을지칭한다. 기존의 자석은 대부분 철 등의 금속으로 이루어진 합금이거나 산화물이다. 비금속 자석에 대한 이론적인 예측과 탐색은 수십 년의 역사를가지고 있다. 1970년 무렵 전도성 고분자 등의 유기원소들로 구성된 물질이자석이 될 수 있다는 이론이 발표되었으며 1990년 무렵부터 여러 가지 형태의유기 물질 혹은 유기-무기 혼합 물질들로 구성된 강자성 물질들이 다수보고되었다. 그러나 이들 대부분이 극저온에서만 강자성을 유지한다.
보고된 유기 자석들 중에는 탄소로만 이루어진 물질들도 여럿 포함되어 있다. 1990년 무렵 인공적으로 합성된 흑연 (pyrolytic graphite) 및 수소가 달라붙은비정질 탄소 (hydrogenated amorphous carbon)는 상온에서 강자성을 보인다는것이 보고되었다. 이 당시부터 탄소 자석에 대한 논쟁이 시작되었는데, 주된논점은 “자석의 성질이 탄소물질 자체의 특성인가 아니면 함유된 금속불순물에 의한 것인가”였다. 비슷한 시기에 유기물이 붙은 풀러린이극저온에서 자석이 된다는 사실이 보고되었으며 1990년대 중반에는 광산화반응(photooxidation) 처리된 풀러린이 500oC 정도까지 자석의 성질을 보인다는 것이보고되기도 하였다. 2000년 대에 들어서면서 합성 및 분석 기술의 발달은 고순도탄소 물질을 합성할 수 있게 하여 탄소 물질의 상온 강자성에 대한 논란이본격화된다.
2001년, Makarova 등은 고온 고압에서 제작된 풀러린 고분자에서 관측된 상온강자성을 보고하였다. 그 이후 양성자 빔 조사된 흑연, 탄소의 새로운 물질형태라 불리는 탄소 나노폼 (carbon nanofoam), 이온빔 조사된 나노크기의 다이아몬드, 수소 흡착된 탄소 나노튜브 및 그래핀에서도 상온 강자성이 보고되었다. 라이프치히 대학의 Esquinazi 교수는 2000년대를 탄소자석 발견의 르네상스라부른다. 주된 관심은 흑연과 풀러린에 집중되었다. 흑연의 상온 강자성에 대한연구는 연구자들 사이에서 대략적인 동의가 이루어지는 것처럼 보인 반면에, 풀러린의 강자성은 심한 논란에 휩싸인다. 마침내 2006년 Makarova 등은 탄소자석에 대한 관심을 촉발했던 2001년 논문을 취소하게 된다. 그러나 2001년논문과는 별개로, 광산화 반응 처리된 풀러린에서 상온 강자성이 관측되었으며양성자 빔 조사된 풀러린 박막에서는 저온 강자성이 관측되었다.
탄소나노축구공 모양의 풀러린 자석 발견
전도성 고분자 등의 유기원소들로 구성된 물질이자석이 될 수 있다는 이론은 언제 무렵부터 보고되었을까
1970년