최신 고체 성 냉각 소재의 비밀을 밝힌 연구진의 새 발견

Seoul오크리지 국립연구소의 연구팀이 냉각 기술 분야에서 중요한 진전을 이뤘습니다. 그들은 새로운 냉각 물질을 원자 수준에서 조사했습니다. 이 물질은 음식 저장, 자동차, 전자 장비와 같은 분야에서 냉각 시스템의 효율성을 높일 수 있습니다. 이 새로운 방법은 일반적인 냉매나 움직이는 부품을 사용하지 않습니다.

과학자들은 니켈, 코발트, 망간, 인듐으로 구성된 합금을 연구했는데, 이 합금은 온도를 올리거나 자기장을 적용하면 원래 형태로 되돌아가는 성질을 가지고 있습니다.

다음은 이 연구에 대한 주요 요점입니다:

• 고체 상태 냉각은 새로운 기술로 부상하고 있습니다.
• 이 기술은 환경 친화적이며 전통적인 냉매 사용을 피합니다.
• 연구된 소재는 자성 형상기억 합금입니다.
• 이 연구는 중성자 산란 기기를 사용하여 수행되었습니다.

합금이 자기장에 노출되면 상이 변화하면서 열을 흡수하고 방출하게 됩니다. 이것을 자기열량 효과라고 하며, 이는 움직이는 부품 없이 냉각을 가능하게 해주는 기술입니다. ORNL 팀은 이 합금의 냉각 능력이 지역적인 마그논-포논 하이브리드 모드에서의 열에 의해 세 배 증가한다는 것을 발견했습니다.

이 합금은 열 저장 및 방출 능력을 향상시키는 페로익 유리 상태에 가까운 상태에 있습니다. 물질의 작은 영역에서는 마그논(스핀파)과 포논(진동)이 상호작용하며, 이러한 영역을 국소화된 하이브리드 마그논-포논 모드라고 합니다. 과학자들은 이 모드들이 자장을 적용할 때 포논의 거동을 변화시키고 물질의 상 안정성에도 영향을 준다는 것을 발견했습니다.

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재료는 두 가지 방식으로 무질서 상태가 될 수 있는데, 이를 스핀 유리와 변형 유리라고 합니다. 스핀 유리에서는 원자의 자기 모멘트가 무작위로 정렬되며, 변형 유리에서는 원자 격자가 나노미터 규모에서 변형됩니다. 이러한 무질서한 상태에서는 열이 국지적인 진동 상태로 갇히게 됩니다. 여기에 자기장을 가하면 이러한 저장된 열을 방출할 수 있습니다.

중성자 산란 연구에 따르면 특정 지역의 마그논-포논 모드에서 열이 증가함에 따라 냉각 능력이 향상된다는 것을 밝혀냈다고 ORNL의 연구 책임자인 마이클 맨리가 설명했습니다. 이 발견은 고체 냉각을 위한 개선된 소재 개발에 기여할 수 있습니다.

이 연구는 미국 에너지부(Department of Energy) 산하 과학부의 재료과학 및 공학부에서 자금을 지원받았습니다. 일부 중성자 산란 실험은 오크리지 국립연구소(ORNL)의 고속 중성자 원자로와 스펄레이션 중성자원에서 수행되었습니다. 또한, 미국 국립표준기술연구소(NIST)에서도 중성자 연구 시설을 제공했습니다.

이 자성 형태기억합금은 열을 효율적으로 흡수할 수 있어 전통적인 냉매나 기계 부품 없이 고체 냉각을 가능하게 할 수 있습니다. 연구팀의 발견은 냉장 기술을 향상시킬 수 있는 새로운 가능성을 제공합니다.