세라믹스 광학소자 재료의 특징과 연구개발 현황 광자기 기능 광전·광학재료의 특징과 연구개발 현황 崔 均 공학박사 / 요업기술원 박막단결정팀 선임연구원 광자기 효과(optomagnetic effect)는 빛의 조사에 의해 자성체의 특성이 변화되거나 또는 자구(magnetic domain)의 방향에 따라 광특성이 변화되는 등의 현상을 복합적으로 의미한다. 지금까지 광자기 재료는 주로 기록매체로써의 가능성을 검진 받아왔으나 앞으로는 보다 폭 넓은 범위에서 활용가능성이 제기될 것이다. 본 고에서는 최근에 펼쳐지고 있는 광자기 재료의 연구방향과 앞으로의 전망에 대해 서술하고자 한다. 1. 광자기디스크 실생활에서 가장 널리 활용되고 있는 광자기 소재는 비정질 금속 강자성체로써 이 소재는 빛의 조사에 의해 항자력(혹은 보자력, coercive field)이 크게 감소되는 특성을 나타낸다. 이를 이용하여 레이저에 의한 국소 조사와 함께 자기장을 걸어주면 미세한 영역에서 자구의 방향을 쉽게 바꿀 수 있는데 이것이 컴퓨터의 보조기억장치로 널리 활용되고 있는 광자기디스크의 기본원리이다. 처음에는 수평방향의 자화가 일반적이었으나 기록밀도의 향상을 위해 요즘에는 수직 자화를 일반적으로 사용한다. 이러한 방법에 의해 3.5인치 디스크 위에 600메가 바이트 이상의 정보의 수록이 가능하다. 또한 국소 조사에 의해 간단하게 자화의 방향을 바꿀 수 있기 때문에 최근에는 초소형 기록매체로써 여러 분야로 응용범위가 넓어지고 있다. 그 중 하나가 워크맨을 대체할 차세대 휴대용 음성기록매체인 MD(미니디스크)로 디지털 오디오 매체로써 각광을 받고 있다. 현재 광자기 디스크 소재는 보다 기록밀도를 향상시키고 빠른 자화방향의 반전이 가능하도록 금속 강자성 박막의 특성을 개선하려는 시도와 함께 새로운 소재의 탐색이 진행되고 있다. 2. 분자 자성체 한편, 최근들어 활발하게 연구가 진행되고 있는 광자기 소재로는 분자 자성체(molecular -based magnet)가 있다. 이는 소재를 구성하는 분자가 독립적으로 자성을 띠는 소재이다. 기존의 다른 자성체가 d궤도나 f궤도에 있는 전자들의 스핀에 의해 자성을 나타내는 것과는 달리 이 소재들은 p궤도에서의 스핀에 의하여 자성을 나타내는데 분자 하나 하나가 자성을 나타내기 때문에 유기재료나 기타 소재와의 복합화가 가능하고 따라서 여러 가지 형태의 자성재료의 제조가 가능하다. 광학적으로 투명하거나 빛의 조사에 의해 투자율(magnetic permeability)이 변화하는 등의 새로운 특성을 나타내고 있는데 현재 자성체의 특성과 구조 등의 기본적인 연구와 더불어 이 특성을 응용하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 한 예를 들면, 시아나이드계 분자 자성체의 경우에는 광조사 만에 의해 상자성에서 강자성으로 변화될 수 있으며 다른 파장의 조사에 의해 반대로 강자성에서 상자성으로도 전환될 수 있다. 또한 자기장에 의해 색이 변화한다든가 잔류 자화(remnant magnetization)가 광조사에 의해 변화되거나 자화의 방향이 광조사 만으로 반전되는 등의 흥미있는 특성들로 주목받고 있다. 현재에는 여러 가지 기본물성들을 향상시키려는 연구와 더불어 퀴리 온도를 실온 이상으로 올리고자 하는 연구가 활발히 진행 중이며 몇몇 소재에 있어서는 400K 이상의 퀴리온도를 나타내고 있어서 저온 화학증착법(chemical vapor deposition), 전기화학법(electrochemical deposition) 등 다양한 공정에 의해 제조가 가능하게 되었다. 이에 따라 상당히 넓은 범위에서 다양한 형태로의 응용이 가능할 것으로 기대되고 있다. 3. 맺음말 2002년에 자성재료의 세계시장은 400억불 정도로 추산되는데 매년 10% 안팎의 증가율을 기록하고 있다. 특히, 21세기는 IT 산업 중심으로의 산업구조의 변화가 기대되기 때문에 보다 많은 데이터를 빠르게 전송하기 위하여 기존의 전기적인 신호보다 빠르고 간섭이 적은 광을 이용하려는 시도는 더욱 다양한 분야에서 이루어질 것으로 기대된다. 이에 따라 광자기 재료는 기존의 단순한 기록 매체에서 벗어나 자기적인 신호에 의해 광특성을 변조시키거나 진행방향을 굴절시키는 등의 새로운 소자로써의 가능성을 도전 받게 될 것이다. 이런 면에서 최근 들어 각광을 받기 시작한 분자 자성체나 그 밖의 광자성 재료는 단순한 실험실 차원에서의 연구에서 벗어나 실생활에 폭넓게 활용되기 시작할 것으로 기대되며 이에 따라 국내에서도 정부의 지원과 함께 민간차원에서의 보다 활발한 연구와 투자가 요구된다.