자기 공명 힘 현미경의 개발

Abstract

자기 공명 힘 현미경(Magnetic Resonance Force Microscopy; MRFM)은 탐침식 표면 주사 현미경(Scanning Probe Microscopy; SPM)과 자기 공명의 두 분야를 결합한 것이다. 기존의 전자 스핀 공명이나 핵자기 공명이 유도 코일에 생기는 기전력 혹은 코일의 임피던스 변화로부터 신호를 얻는 반면에 MRFM은 미소 외팔보(micro-cantilever)의 진동 진폭으로부터 자기 공명 신호를 얻는다. 즉, 자기 공명에 의해 변화하는 시료의 자화 값은 시료가 경사자계 내부에서 받는 자기력에 변화를 주어 외팔보를 기계적으로 구동한다. 이 논문에서는 우리가 제작하였던 최초의 MRFM장비를 소개하고, 장비 제작 초기에 수월한 신호측정을 위해서 고려되어야 할 몇 가지 문제와 시료의 크기 및 모양에 따른 신호의 형태에 관하여 시뮬레이션을 통해서 토의였으며, Diphenylpicrylhydrazil(DPPH) 시료에 대한 전자 상자성 공명(Electron Paramagnetic Resonance; EPR)실험을 수행하였다. 신호 획득의 재현성을 높이고 안정된 실험을 하기 위해서 장비를 개조하였으며, 이를 위해 고안된 기술들에 대해 기술하였다. 그 외에 광섬유 광학계에 의한 외팔보의 자체 진동 모드에 대해여 연구하였고, 강자성체에서의 영자기장(zero-field) 하에서의 강자성 핵자기 공명(ferromagnetic nuclear magnetic resonance; FNMR)신호의 MRFM 관측 가능성 및 장비 개조에 대하여 논의하였다.