자기 냉장고: 무선 냉매

       

자기 냉장고: 무선 냉매  과학과 사회 / 과학  2014/08/01 09:00 http://blog.naver.com/hansyoo/220075342980 전용뷰어 보기 자기 냉장고: 무선 냉매 July 28, 2014, ScienceDaily 출처: MIT     요약: 냉장고 문짝에 붙여놓곤 하는 자석들이 언젠가는 냉매로 사용될 지도 모른다. 파이프를 통해 냉매를 펌핑하는 기존 아이스박스식 냉장고와는 달리 자기구동 냉장고라면 가동 부분이 필요치 않다. 새로운 이론은 자석이 무선 냉매일 수 있다고 예측한다. Credit: llustration: Jose-Luis Olivares/MIT       MIT 연구원들의 새로운 이론에 따르면 냉장고 겉에 붙여놓는 자석들이 언젠가는 냉매로 사용될 지도 모른다고 한다.     이 이론은 마그논(magnon)의 움직임을 기술한다. 마그논이란 자석 속 준입자(quasi-particles)로 자기 모멘트, 혹은 스핀의 집합적인 회전 운동을 기술한다. 자기 모멘트와 함께 마그논은 열도 전달한다. 방정식에서 MIT 연구원들은 마그논이 자기장 경사도(gradient)를 만나면 자석의 한 쪽 끝에서 반대쪽 끝으로 구동될 수 있으며 열을 함께 전달하여 냉각 효과를 생성할 수 있음을 발견하였다.     MIT 기계공학과 대학원생 볼린 리아오(Bolin Liao)에 따르면 자석이 열을 한 쪽에서 다른 쪽으로 펌프질할 수 있기 때문에 본질적으로 냉장고로 사용할 수 있다고 한다. 자석을 1~2미터 떨어뜨려 놓고 자기장을 가하면 무선으로 냉각이 가능한데 그런 식으로 랩톱 PC를 냉각시킬 수 있다고 한다.     냉장을 지속하기 위해 파이프 속 냉매를 펌프질하는 종래의 아이스박스와는 달리 이론상 자석으로 구동되는 냉장고에는 움직이는 부분이 필요치 않다.     리아오는 대학원생 지아웨이 조우(Jiawei Zhou), 기계공학과장 강 첸(Gang Chen)과 함께 마그논 냉각 이론을 저널 ‘Physical Review Letters‘에 논문을 발표했다. 냉각 효과     강자성체에서 국소 자기 모멘트는 회전할 수 있고 다양한 각도로 배열될 수 있다. 절대온도 0도에서 국소 자기 모멘트는 가장 강력한 자기력을 내도록 배열된다. 그런데 온도가 올라가면서 국소 자기 모멘트가 공유 배열로부터 멀어지면서 자석은 약해진다. 그리고 온도가 높아지면서 마그논이 생성된다.     여러 가지 면에서 마그논은 전자와 비슷하여, 전하와 열을 함께 전달할 수 있다. 전자는 외부 전기장이나 온도 경사도에 반응하여 움직이는데, 바로 열전 효과(thermoelectric effect라 알려진 현상이다. 최근에 과학자들은 이 효과를 열전 발전기 등과 같은 분야에 응용할 것을 조사했다. 열을 전기로 직접 변환하는데 이용하거나 가동부(moving parts) 없는 냉각 시스템에 이용될 수 있다.     리아오와 그의 동료들은 마그논에서도 이와 비슷한 커플링 현상을 생각했다. 마그논은 온도 및 자기장 경사도에 반응하여 움직인다. 이런 점에서 마그논은 전자와 매우 흡사하기 때문에 연구원들은 열전 이론(thermoelectrics)에서의 전자 수송(electron transport) 방정식을 기반으로 마그논 수송 이론을 개발했다. 볼츠만 수송 방정식(Boltzmann transport equation)이다.     이들은 마그논 수송을 기술하기 위하여 두 개의 새로운 방정식을 추가했다. 이들 방정식으로부터 그들은 열전 냉각효과와 비슷한 새로운 마그논 냉각 효과를 예측했는데, 외부 자기장에 노출되면 자석의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 열을 전달할 수도 있다. 새로운 실험     리아오는 보통의 자기 절연체 특성을 이용하여 기존의 자석 소재에서 어떻게 마그논 냉각 효과가 나타나는지 모델링 했다. 앞선 연구 결과로부터 소재의 데이터를 모아서 자신들의 새로운 모델에 숫자를 대입한다. 그는 냉각효과가 작긴 하지만, 소재가 적당한 외부 자기장 경사도에 반응하여 냉각 효과를 생성할 수 있음을 알았다. 이 효과는 극저온에서 더욱 현저했다.     첸(Chen)에 따르면, 현재로서는 극저온 분야에 응용될 가능성을 생각할 수 있지만, 실험적으로 확인하고 보다 나은 소재를 찾을 필요가 있다고 한다. 이것인 새로운 실험을 향한 동기부여가 될 수 있기를 바라고 있다. Journal Reference: 1.Bolin Liao, Jiawei Zhou, Gang Chen. Generalized Two-Temperature Model for Coupled Phonon-Magnon Diffusion. Physical Review Letters, 2014; 113 (2) DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.025902   [출처] 자기 냉장고: 무선 냉매|작성자 HANS

                    - 네이버 블로그 <Physics of Dream>hansyoo 님의 글 중에서 전제.....