美 오하이오주립대 “열 전도 12% 더뎌져”…한국인 박사가 1저자로 이름 올려

엄청 강한 자석은 소리와 열을 휘어버린다?

강력한 자기장을 이용해 온도를 조절할 수 있다는 연구결과가 나왔다.

조세프 헤레만스 미국 오하이오주립대 기계항공공학과 교수팀은 자기공명영상기기에서 사용되는 강력한 자기장을 이용해 반도체에서의 열전달을 늦추는 데 성공했다고 23일 밝혔다. 이번 연구에는 한국인 과학자인 진현규 박사(고려대학교 기계공학부 01학번)가 제 1저자로 참여했다.

(진현규 박사)

자석에 의해 열이 전달되거나 소리가 휘고 반사되는 현상은 직관적으로 이해하기 어렵다. 고등학교 수준의 물리학에서는 열을 분자들이 가진 평균에너지로 이해하며, 소리 또한 분자들의 진동과 전파로 이해한다. 하지만 양자역학에서는 음향양자(포논)가 열과 소리를 전달하는 역할을 한다. 이전까지 음향양자는 자성(磁性)의 영향을 받지 않는 것으로 알려져 있었다.

연구팀은 자성이 매우 강력할 경우, 일반적으로는 자석에 끌려오지 않는 유리와 돌이 자석에 붙는 것과 같은 이치로 열과 소리를 전달하는 음향양자의 운동 방향을 바꿀 수 있다는 사실을 발견했다.

자기공명영상(MRI)를 찍는 데 사용하는 7T(테슬라)급 전자석을 이용해 자기장을 가하자 반도체 내에서 열전도가 12% 더뎌지는 현상이 발견됐다. 강력한 자기장이 음향양자 간의 산란을 강화함해 열 전달을 막는 장애물 역할을 했기 때문이다. 연구팀은 반도체의 온도를 영하 263도 미만으로 낮춘 후 해당 현상을 측정하는데 성공했다.

연구팀은 “이전까지 자성의 영향을 받지 않는다고 생각했던 음향양자를 자성을 이용해 조절할 수 있다는 사실을 새롭게 발견했다”면서 “음향양자가 열뿐 아니라 소리를 전달하는 역할도 하는 만큼 자기장을 이용해 소리를 반사하거나 차단하는 연구를 계속할 것”이라 밝혔다.

연구결과는 재료분야 학술지 ‘네이처 머티리얼스’ 23일자에 실렸다.

연구를 이끈 조세프 헤레만스 교수가 컴퓨터그래픽으로 시뮬레이션한 연구결과를 들어보이고 있다. - 오하이오주립대 제공

출처: 동아사이언스(이우상 기자 idol@donga.com)

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