KR101398366B1 - 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법 및 그 방법으로 제조되는 강자성체 - Google Patents

반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법 및 그 방법으로 제조되는 강자성체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법 및 그 방법으로 제조되는 강자성체에 관한 것으로, MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2 및 WSe2로 이루어지는 군에서 선택되는 반자성 단결정 물질에 전자빔 또는 양성자를 조사하거나, 수소 분위기에서 열처리하는 간단한 공정을 통하여 반자성 단결정 물질을 상온에서 강자성의 자기특성을 가지는 강자성체로 제조할 수 있다.
본 발명의 방법을 이용하면 MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2 및 WSe2로 이루어지는 군에서 선택되는 반자성 단결정 물질에 강자성을 부여함과 동시에 결정 면 방향에 평행하거나 수직인 자기 이방성을 조절 가능함으로써 결정 면 방향에 평행하거나 수직인 자기 이방성을 갖는 강자성체를 선택적으로 제조할 수 있다.

Description

반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법 및 그 방법으로 제조되는 강자성체{Method of preparing ferromagnetic material from diamagnetic single crystal material and ferromagnetic material prepared by the method}
본 발명은 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법 및 그 방법으로 제조되는 강자성체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반자성의 자기적 성질을 가지는 이황화몰리브덴(MoS2)과 같은 단결정 물질을 상온에서 강자성 성질을 가지는 강자성체로 전환시키는 방법 및 그 방법으로 전환되어 자기 이방성을 가지는 강자성체에 관한 것이다.
반도체 소자는 반도체 결정을 사용하여 발진, 증폭, 정류, 광전 변환, 자전 변환 등의 동작을 일으키게 하는 소자의 총칭으로, 트랜지스터, 다이오드, 정류 소자, 광전효과 소자, 반도체 저항소자, 자전효과 소자, 열전효과 소자, 집적회로(IC) 등이 있다.
현재 반도체 소자는 전자의 전기적 성질(전하, Charge)과 전자가 갖는 스핀(Spin)을 동시에 이용하기 위해 다양한 구조와 물질들이 활발히 연구되고 있다. 그 중에서도 자성반도체(Magnetic Semiconductor)는 기존의 강자성금속/반도체 구조의 스핀주입 구조에서 계면의 큰 차이로 인해 강자성금속에서 반도체로 스핀을 주입시키기가 어려워 그 대안으로 제안된 스핀주입 소재이다. 자성반도체의 재료로 기존에는 II-VI 계열(CdMnTe, ZnMnTe, CdMnSe, ZnMnSe)이 많이 연구되었으나 강자성 특성을 나타내는 큐리 온도가 낮아 상온 작동 스핀소자를 만드는데 한계를 갖는다. 따라서 큐리 온도가 상온 이상의 자성반도체를 찾는 연구가 진행 중에 있다.
이황화몰리브덴은 자연에 풍부하게 존재하고 있으며, 오래전부터 탈황 소재와 합금강 또는 윤활유의 첨가제로 이용되고 있다. 이황화몰리브덴은 흑연과 비슷하게 구조적으로 적층된 층상 구조를 가지며, 층간 반데르발스(van der Waals) 결합으로 약하게 결합되어 있다. 이황화몰리브덴 단결정은 몰리브덴(Mo)과 황(S)이 육각형의 구조를 이루며 단면은 몰리브덴 원자로 구성된 한 층에 황으로 구성된 원자 층들이 양쪽으로 샌드위치 형태를 이루고 있다. 2차원 층상구조물질은 xy -평면에서는 매우 강한 공유결합(covalent bonding)을 형성하고 z축으로는 약한 반데르발스 결합을 가져 층과 층 사이의 공간에 원자나 분자 그리고 이온들의 삽입이 가능하다. 여러 기능성 물질들을 고정된 층 사이의 특정 자리에 위치시킴으로 독특한 화학적/물리적 성질을 갖는 신물질을 고안하는 등의 무기물의 성질과 유기물의 성질을 상호 보완할 수 있는 층상 화합물을 만들 수 있다.
이황화몰리브덴은 흑연과 마찬가지로 외부에 가한 자기장을 투과하지 않는 반자성의 자기적 성질을 가지고 있다. 그러나, 리튬(Li)이 도핑된 LixMoS2 나노튜브와 전이금속염을 함유한 살렌(salen)의 경우 상자성(paramagnetism)을 가진다는 것이 보고되어 있다. 그리고 가장자리를 수직하게 형성한 나노 클러스터 박막의 경우 큐리 온도가 685K인 강자성 자기 특성이 알려져 있다. 나노 클러스터의 가장자리 크기가 크고 밀도가 낮은 시료보다는 가장자리의 크기가 작고 밀도가 높은 시료가 큰 자기모멘트를 가진다. 이러한 나노(nano) 클러스터 박막은 상온 자성반도체 특성을 갖는다. 그러나 이러한 나노 클러스터 박막은 전기적 특성이 저하되는 문제점이 있고 또한 입자를 나노 사이즈로 줄이는데 어려움이 있다.
이에 본 발명의 발명자들은 반자성 단결정의 입자크기 조절 없이 반자성 단결정에 전자빔을 조사하거나 양성자를 조사하거나 또는 수소 분위기에서 열처리하는 공정을 통하여 반자성 단결정 표면을 조작함으로써 반자성 단결정의 자성을 변화시켜 강자성체를 제조하여 본 발명에 이르렀다
본 발명의 목적은 이황화몰리브덴과 같은 반자성 단결정 물질을 상온에서 강자성의 자기특성을 가지는 강자성체로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이황화몰리브덴과 같은 반자성 단결정 물질에 강자성을 부여하면서 자기 이방성을 조절하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이황화몰리브덴과 같은 반자성 단결정 물질의 표면을 조작 처리하여 결정 면 방향에 평행하거나 수직인 자기 이방성을 갖는 강자성체를 제공하는 것이다.
본 발명의 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법은,
MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2 및 WSe2로 이루어지는 군에서 선택되는 반자성 단결정 물질에 전자빔을 조사하는 공정, 상기 반자성 단결정 물질에 양성자를 조사하는 공정, 및 상기 반자성 단결정 물질을 수소 분위기에서 열처리하는 공정 중 적어도 어느 하나의 공정을 이용하여 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 강자성체는, MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2 및 WSe2로 이루어지는 군에서 선택되는 반자성 단결정 물질에 전자빔 또는 양성자를 조사하여 결정 면 방향에 평행한 자기 이방성을 갖는 강자성체이다.
본 발명의 다른 강자성체는, MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2 및 WSe2로 이루어지는 군에서 선택되는 반자성 단결정 물질을 수소 분위기에서 열처리하여 결정 면 방향에 수직인 자기 이방성을 갖는 강자성체이다.
본 발명은 이황화몰리브덴과 같은 반자성 단결정 물질에 전자빔 또는 양성자를 조사하거나, 수소 분위기에서 열처리하는 간단한 공정을 통하여 반자성 단결정 물질을 상온에서 강자성의 자기특성을 가지는 강자성체로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법을 이용하면 반자성 단결정 물질에 강자성을 부여함과 동시에 결정 면 방향에 평행하거나 수직인 자기 이방성을 조절 가능함으로써 결정 면 방향에 평행하거나 수직인 자기 이방성을 갖는 강자성체를 선택적으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법으로 제공되는 강자성체는 저항값이 낮고 전하 운반체 농도가 높아 전류를 잘 통하게 된다.
아울러, 본 발명의 방법으로 제공되는 강자성체는 스핀트로닉스를 구현하는 새로운 자성반도체로서 각종 스핀전자소자에 효과적으로 응용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 방법에 따라 제조된 여러 강자성체 표면의 AFM 및 MFM 측정 이미지로, (a)는 전자빔 조사의 경우, (b)는 양성자 조사의 경우, (c)는 수소 분위기에서 열처리한 경우이다.
도 2는 외부자기장 1 Tesla에서 본 발명의 방법에 따라 제조된 여러 강자성체의 면 방향에 따른 dc 자기화의 온도에 따른 자기모멘트 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 방법에 따라 제조된 여러 강자성체의 상온에서 면 방향과 외부자기장의 세기 변화에 따른 자기모멘트 변화를 나타낸 그래프로, (a)와 (b)는 전자빔 조사의 경우, (c)와 (d)는 양성자 조사의 경우, (e)와 (f)는 수소 분위기에서 열처리한 경우이다.
도 4(a)는 본 발명에 따라 제조된 여러 강자성체의 온도에 따른 저항값 및 전하 운반체 농도의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 4(b)는 300K에서의 포화 자기모멘트 값과 전자 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 여러 강자성체의 EXAFS 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6(a)는 본 발명의 방법에 따라 제조된 여러 강자성체의 Mo와 S의 결합 거리를 나타낸 그래프이고, 도 6(b)는 Mo와 두 번째 이웃한 Mo의 결합 거리를 나타낸 그래프이며, 도 6(c)는 Mo-S 결합의 데바이-왈러 인자(Debye-Waller factor)의 온도에 따른 변화를 나타낸 그래프이고, 도 6(d)는 Mo와 두 번째 이웃한 Mo 결합의 데바이-왈러 인자의 온도에 따른 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법은,
반자성 단결정 물질에 전자빔을 조사하는 공정, 반자성 단결정 물질에 양성자를 조사하는 공정, 및 반자성 단결정 물질을 수소 분위기에서 열처리하는 공정 중 적어도 어느 하나의 공정을 이용하여 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법에 있어서, 상기 단결정 물질은 디칼코게나이드(dichalcogenide) 화합물이다. 디칼코게나이드 화합물은 두 개의 칼코겐(chalcogen, 산소족 원소) 원자를 포함하는 화합물이다.
디칼코게나이드 화합물은 금속이온을 중심으로 팔면체 구조를 이루는 디칼코게나이드와, 금속이온을 중심으로 단면이 샌드위치(trigonal prismatic) 구조를 이루는 디칼코게나이드가 있다. 후자의 디칼코게나이드는 금속과 반도체(공간 그룹 P63/mmc (D4 6h))로 나뉘는데, 금속의 예로는 NbSe2, TaSe2 등이 있으며, 반도체의 예로는 MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2 및 WSe2 등이 있다. 본 발명에서 바람직하게 사용되는 디칼코게나이드 화합물은 MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2 및 WSe2로 이루어지는 군에서 선택되는 것이다. 본 발명에서 보다 바람직하게 사용되는 디칼코게나이드 화합물은 이황화몰리브덴으로, 이황화몰리브덴은 Mo와 S로 이루어진 단결정 반도체이다.
본 발명의 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법에 있어서, 전자빔을 조사하는 공정의 경우 0.1 ~ 4.0 MeV의 전자빔을 조사하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 전자빔 에너지는 0.7 ~ 2.5 MeV이다.
또한, 조사되는 전자빔의 선량은 100 ~ 800 kGy인 것이 바람직하다. 보다 바람직한 전자빔 선량은 150 ~ 400 kGy이다.
본 발명의 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법에 있어서, 양성자를 조사하는 공정의 경우, 8.0 ~ 15.0 MeV의 양성자를 조사하는 것이 바람직하다.
또한, 조사되는 상기 양성자의 선량은 1 X 1010P/cm2 ~ 1 X 1017P/cm2인 것이 바람직하다. 보다 바람직한 양성자 선량은 1 X 1013P/cm2 ~ 1 X 1014P/cm2이다.
본 발명의 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법에 있어서, 수소분위기에서 열처리하는 공정의 경우, 200 ~ 500℃의 온도에서 30 ~ 90분 동안 이루어지는 것이 바람직하다. 수소처리 공정에서 200℃ 미만에서 처리되면 반자성 단결정 물질의 표면 변화가 미비하여 자성 변화가 미비한 문제가 있고 500℃를 초과하면 반자성 단결정의 물성이 변하는 문제가 있다. 또한 수소처리 공정에서 30분 미만으로 처리되면 반자성 단결정 물질의 표면 변화가 미비하여 자성 변화가 미비한 문제가 있고 90분을 초과하면 반자성 단결정의 물성이 변하는 문제가 있다. 보다 바람직하게는 280 ~ 350℃의 온도에서 40 ~ 80분 동안 수소 처리하는 것이다.
따라서 본 발명의 방법을 이용하면, 반자성 단결정 물질에 강자성을 부여함과 동시에 결정 면 방향에 평행하거나 수직인 자기 이방성을 조절 가능함으로써 결정 면 방향에 평행하거나 수직인 자기 이방성을 갖는 강자성체를 선택적으로 제조할 수 있다.
한편, 본 발명의 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법에서, 반자성 단결정 물질은 판상(板狀) 형태이며 두께가 0.3mm 이하인 것이 바람직하다. 반자성 단결정 물질의 두께가 0.3mm를 초과하면 물질 표면의 조작이 잘 이루어지지 않아 강자성 형성이 미비한 문제점이 있다. 보다 바람직한 반자성 단결정 물질의 두께는 0.01 ~ 0.2mm이다.
또한, 본 발명의 방법에서 바람직하게 사용되는 반자성 단결정 물질의 질량은 0.01g 이하인 것이 바람직하다. 반자성 단결정 물질의 질량이 0.01g을 초과하면 물질 표면의 조작이 잘 이루어지지 않아 강자성 형성이 미비한 문제점이 있다. 보다 바람직한 반자성 단결정 물질의 질량은 0.0001 ~ 0.001g이다.
본 발명의 강자성체는, MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2 및 WSe2로 이루어지는 군에서 선택되는 반자성 단결정 물질에 전자빔 또는 양성자를 조사하여 결정 면 방향에 평행한 자기 이방성을 갖는 강자성체이다.
본 발명의 다른 강자성체는, MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2 및 WSe2로 이루어지는 군에서 선택되는 반자성 단결정 물질을 수소 분위기에서 열처리하여 결정 면 방향에 수직인 자기 이방성을 갖는 강자성체이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명의 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법을 보다 상세하게 설명한다.
<실시예>
큰 덩어리의 단결정 MoS2를 3 X 3 X 0.2 mm3 이하 크기(0.001g 이하)로 절단한 후, 이들을 전자빔 조사 또는 양성자 조사 또는 수소 분위기에서 열처리하여 각각의 강자성체를 제조하였다:
(1) 전자빔 조사의 경우, 0.7 MeV 에너지에서 150 kGy (3.35 X 1014 e-/cm2)(이하, Ea로 표시), 300 kGy (6.70 X 1014 e-/cm2)(이하, Eb로 표시)와 400 kGy (8.92 X 1014 e-/cm2) 선량으로 조사하였다. 또한, 2.5 MeV 에너지에서 100 kGy (1.58 X 1014 e-/cm2)(이하, Ec로 표시)와 250 kGy (3.94 X 1014 e-/cm2)(이하, Ed로 표시) 선량으로 조사하였다.
(2) 양성자 조사의 경우, 10 MeV의 에너지에서 1 X 1013 P/cm2(이하, Pa로 표시)와 1 X 1014 P/cm2(이하, Pb로 표시)의 선량으로 조사하였다.
(3) 수소 분위기 열처리의 경우, ~ 1 X 10-3 torr의 진공도를 가지는 열처리 진공용기 속에 MoS2를 넣은 후에 ~ 1 X 10-1 torr의 수소 분위기에서 200℃(이하, Ha로 표시), 300℃(이하, Hb로 표시) 및 400℃(이하, Hc로 표시)의 온도에서 60분 동안 열처리하였다.
실시예에서 제조된 강자성체들을 시료로 하여 제조된 강자성체의 자기적 성질 및 전기적 성질을 분석하였다. 첨부된 도면을 참조하여 이를 상세하게 설명한다.
<분석>
(1) AFM 및 MFM 측정
실시예 1에서 제조된 강자성체들의 표면을 상온에서 AFM(Atomic Force Microscopy) 및 MFM(Magnetic Force Microscopy) 측정하고 도 1에 그 결과를 나타내었다. 도 1에서 상단의 세 가지 이미지는 AFM으로 측정한 것이고 하단의 세 가지 이미지는 MFM으로 측정한 것이다.
도 1(a)는 전자빔(0.7 MeV, 400 kGy 조사량)을 조사하여 얻어진 강자성체이고, 도 1(b)는 양성자(10 MeV, 1 X 1013 P/cm2)를 조사하여 얻어진 강자성체(Pa)이며, 도 1(c)는 수소 분위기에서 300℃에서 60분 동안 열처리하여 얻어진 강자성체(Hb)이다.
AFM 결과를 보면, 도 1(a)와 1(b)의 강자성체들 표면이 마이크로 단위의 조각들로 구성되어 있는 것을 알 수 있고, 도 1(c)의 강자성체 표면이 보다 매끄러운 것을 볼 수 있다. 작은 반점들은 자세히 보면 나노 삼각형 구조와 비슷하다. 이것은 몰리브덴이 H2S 분위기에서 형성되는 MoS2 나노클러스터와 비슷해진 것으로 유추할 수 있다.
MFM 결과를 보면, 도 1(a), 1(b) 및 1(c) 모두 자구(magnetic domain)가 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한 도 1(a) 및 1(b) 보다 1(c)의 자구가 더 세분화되어 있는 것을 알 수 있다.
(2) 면 방향에 따른 자기모멘트 측정
실시예에서 제조된 강자성체들을 우선 자기장 없이 2K까지 냉각한 후 시료를 1 Tesla(= 10000 Gauss)의 자기장 하에서 300K까지 승온시키고 자기모멘트를 계속적으로 측정하였다(Zero-Field Cooling: ZFC). 또한 자기장을 가한 상태에서 시료를 2K까지 냉각시키는 동안 자기모멘트를 측정하였다(Field Cooling: FC).
도 2에 외부자기장 1 Tesla에서 실시예에서 제조된 강자성체들의 면 방향에 따른 dc 자기화의 온도 변화(2K ~ 300K)에 따른 자기모멘트 측정 결과를 나타낸 그래프가 제시되어 있다.
도 2(a) ~ 2(d)에 도시되어 있는 바와 같이, MoS2은 표면이 자기장에 평행한 방향(Hab)과 수직인 방향(Hc)에서 온도 변화에 무관하게 0 보다 작은 자기모멘트를 가져 반자성 특성을 나타낸다. 그리고, 면에 수직한 방향이 보다 큰 자기모멘트를 가지는 것을 알 수 있다. 반면에 전자빔(Ea ~ Ed)과 양성자(Pa와 Pb)를 조사한 시료들과 수소 분위기에서 열처리(Ha~Hc)한 시료의 경우, 표면처리하지 않은 MoS2의 자기모멘트 값보다 커지는 것을 알 수 있다. 온도에 따른 자기화 측정 결과로부터 전자 또는 양성자를 조사한 경우는, 면에 평행한 방향이 면에 수직한 방향보다 더 큰 자기모멘트를 갖는다는 것을 알 수 있고, 또한 수소 분위기에서 열처리한 경우는, 면에 수직한 방향이 면에 평행한 방향보다 더 큰 자기모멘트를 갖는다는 것을 알 수 있다.
(3) 면 방향과 외부자기장의 세기에 따른 자기모멘트 측정
상온에서 외부자기장의 세기와 방향에 변화를 주면서 실시예에서 제조된 강자성체들의 자기모멘트를 측정하고 그 결과를 도 3에 그래프로 나타내었다.
도 3(a)와 3(b)는 전자빔을 조사한 경우이고, 도 3(c)와 3(d)는 양성자를 조사한 경우이고, 도 3(e)와 3(f)는 수소 분위기에서 열처리한 경우로, 상온에서 면 방향과 외부자기장의 세기 변화에 따른 자기모멘트 변화가 도시되어 있다. 표면처리하지 않은 MoS2은 도 3(a)와 3(b)에 나타내었다.
도 3(a)와 3(b)에 도시되어 있는 바와 같이, 표면처리하지 않은 MoS2은 외부자기장의 세기가 증가함에 따라 자기모멘트가 감소하는 반자성 특성을 나타낸다. 반면에 전자를 조사한 경우 면에 평행한 방향(a)의 자기모멘트가 외부 자기장에 비례해서 증가하는 것을 알 수 있다. 그리고, 전자빔의 에너지가 큰 경우(2.5 MeV, Ec와 Ed)가 상자성의 특성을 나타내며 자기모멘트는 선량에 비례하는 것을 알 수 있다. 수직한 방향(b)의 경우 낮은 자기장에서 일정 보자기력(coercivity)을 가지나 이외의 자기장하에서는 반자성이 유지되는 것을 알 수 있다. 반면에 낮은 에너지(0.7 MeV)의 조사한 선량이 300 kGy인 경우(Eb)는 자기 이방성이 없이 약한 강자성을 가지는 것을 알 수 있다.
양성자를 조사한 경우도 전자빔 조사와 비슷하게 면에 평행한 방향(c)이 면에 수직한 방향(d)보다 자기모멘트가 더 크다. 이 경우에는 선량에 비례하지 않고 적은 선량(Pa, 1 X 1013 P/cm2)의 시료(Pa)가 더욱 효율적으로 강자성 자기 특성이 강한 것을 나타내는데, 즉 적은 선량의 경우가 보자기력이 더 큰 결과를 나타낸다.
수소 분위기에서 열처리한 경우는 면에 수직한 경우(f)가 강자성 상태가 되는 것을 알 수 있다. 이러한 자기 이방성은 도 2의 온도에 따른 자기화 측정 결과와 같은 경향을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이상의 결과로부터 10 MeV 에너지의 양성자를 1 X 1013 P/cm2의 선량으로 조사한 시료(Pa)는 면에 평행한 방향으로 강자성 특성을 나타내며, 수소 열처리를 200℃(Ha)와 300℃(Hb)에서 한 경우는 면에 수직한 방향으로 강자성 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 특이하게 0.7 MeV의 전자빔을 6.70 X 1014 e-/cm2(Eb)의 선량으로 조사한 경우는 이방성 없이 약한 강자성 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
(4) 실시예에서 제조된 강자성체의 전기적 특성
실시예에서 제조된 강자성체들의 온도 변화(75K ~ 350K)에 따라 저항과 홀 효과(외부 자기장 H = 0.5 T)를 측정하였다.
도 4(a)는 강자성체들의 온도에 따른 저항값을 나타냄과 동시에 강자성체들의 온도에 따른 전하 운반체의 농도를 나타낸다. 상기 전하 운반체의 농도는 홀 효과 측정으로 유도된 값이다.
도 4(a)에 나타나 있는 바와 같이, 온도가 증가함에 따라 저항이 감소하고 전하 운반체가 전자이므로 실시예에서 제조된 강자성체들이 n형 반도체임을 알 수 있다. 양성자 조사한 경우와 수소 분위기에서 열처리한 경우, 온도가 증가함에 따라 저항값이 전체적으로 감소하고 저항값의 크기는 다음과 같았다: (MoS2>Hc>Pb>Ha>Pa>Hb). 또한 온도가 증가함에 따라 전하 운반체의 농도가 증가하고 전하 운반체 농도의 크기는 다음과 같았다: (MoS2<Hc<Pb<Ha<Pa<Hb).
도 4(a)의 삽도는 순수 MoS2과 수소 분위기 400℃에서 열처리한 시료(Hc)의 온도 변화에 따른 저항값과 전하 운반체 농도를 나타낸다.
순수 MoS2과 실시예에서 제조된 강자성체들을 비교해 보면 제조된 강자성체들의 온도에 따른 저항값이 상당량 감소하였으며 전하 운반체의 농도는 증가하였음을 확인할 수 있었다.
도 4(b)는 300K에서의 포화 자기모멘트 값과 전자 농도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4(b)에 도시되어 있는 바와 같이, Hb와 같이 강자성을 나타내는 경우, 전하 운반체 농도가 증가함을 알 수 있었고, 이에 따라 전하의 이동도도 증가함을 유추할 수 있다.
(5) X선 흡수 광역 미세구조( Extended X- ray Absorption Fine Structure : EXAFS) 분석
실시예에서 제조된 여러 강자성체의 상온에서의 자기특성과 제조 방법에 따른 자기 이방성의 특성을 분석하기 위하여 Mo K-edge EXAFS 분석을 하였다.
도 5는 전자빔 조사, 양성자 조사 및 수소 열처리한 시료들의 Mo K-edge EXAFS(a)를 측정한 뒤, 푸리에 변환(b)하여 공간 함수의 의존성(c)을 나타내고 (d)는 표면 처리하지 않은 MoS2의 공간 함수의 온도 의존성을 나타낸다.
도 6은 도 5의 EXAFS 실험 결과를 분석한 것으로, 도 6(a)는 Mo와 S의 결합 거리를 나타낸 그래프이고, 도 6(b)는 Mo와 두 번째 이웃한 Mo의 결합 거리를 나타낸 그래프이며, 도 6(c)는 Mo-S 결합의 데바이-왈러 인자의 온도에 따른 변화를 나타낸 그래프이고, 도 6(d)는 Mo와 두 번째 이웃한 Mo의 결합의 데바이-왈러 인자의 온도에 따른 변화를 나타낸 그래프이다.
전자빔과 양성자를 조사한 경우 Mo-S의 결합 거리는 거의 표면 처리하지 않은 MoS2와 비슷함을 알 수 있다. 반면에 수소 열처리한 경우는 결합 거리 간격이 짧아지는 것을 알 수 있다. 그리고 데바이-왈러 온도 의존성에서 Mo-S의 변화가 Mo...Mo(Mo와 두 번째 이웃한 Mo의 결합)의 변화보다 복잡한 것은 S에서 표면 처리 영향이 많은 것을 유추할 수 있다. 반면에 수소 열처리의 경우, Mo...Mo의 길이가 확연히 줄어들었는데, 이는 Mo...Mo의 결합 길이가 수소 열처리에 의해서 수축되었음을 보여준다.
이상에서 본 발명의 구체예가 제시되어 있지만 본 발명이 상기에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양하게 변형 가능하고 이러한 변형은 하기한 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (9)

  1. MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2 및 WSe2로 이루어지는 군에서 선택되는 반자성 단결정 물질에 0.1 ~ 4.0 MeV의 전자빔을 조사하는 공정을 포함하는 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔의 선량이 100 ~ 800 kGy인 것을 특징으로 하는 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법.
  3. MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2 및 WSe2로 이루어지는 군에서 선택되는 반자성 단결정 물질에 8.0 ~ 15 MeV의 양성자를 조사하는 공정을 포함하는 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 양성자의 선량이 1 X 1010P/cm2 ~ 1 X 1017P/cm2인 것을 특징으로 하는 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법.
  5. MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2 및 WSe2로 이루어지는 군에서 선택되는 반자성 단결정 물질을 수소의 존재 하에 200 ~ 500℃의 온도에서 30 ~ 90분 동안 열처리하는 공정을 포함하는 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 반자성 단결정 물질은 판상 구조이고, 두께가 0.3mm 이하이며, 질량이 0.01g 이하인 것을 특징으로 하는 반자성 단결정 물질을 강자성체로 제조하는 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항의 방법으로 제조된 강자성체로서, 결정면 방향에 평행한 자기 이방성을 갖는 강자성체.
  9. 삭제
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