희토류 없는 강력 자석 시대 열린다...중국 희토류 무기화 무력화

미국 조지타운 대학교 연구진이 희토류나 백금 같은 귀금속을 전혀 사용하지 않고도 강력한 자력을 유지하는 새로운 종류의 자석을 발견했다. 이는 전 세계적인 희토류 공급망 편중 문제와 환경 파괴 우려를 동시에 해결할 수 있는 획기적인 성과로 평가받는다.

18일(현지시각) 과학·기술 뉴스 포털 '피즈닷오알지(Phys.org)에 따르면 조지타운대 물리학과 카이 류(Kai Liu) 교수와 젠 인(Zhen Yin) 교수, 윌리 비슨(Willie Beeson) 연구원 등이 참여한 공동 연구팀은 최근 세계적 권위의 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 이 같은 연구 결과를 발표했다.


자석의 성능을 결정하는 핵심 지표는 자화 방향을 일정하게 유지하려는 성질인 '자기 이방성'이다. 그동안 강력한 이방성을 구현하기 위해서는 반드시 희토류 원소가 필요했으나, 연구팀은 '고엔트로피 붕화물'이라는 새로운 접근법을 택했다.

연구팀은 5개 이상의 전이 금속 원소를 붕소와 혼합해 'C16'이라 불리는 특수한 정방정계 결정 구조를 만들어냈다. 기존 고엔트로피 합금이 무질서한 구조로 인해 이방성이 낮았던 한계를 붕소를 활용한 화학적 질서화로 극복한 것이다.
특히 연구팀은 '조합 스퍼터링' 공법을 도입해 단일 기판 위에서 약 50개의 서로 다른 조성 샘플을 동시에 제작하며 최적의 효율을 찾아냈다. 그 결과, 새롭게 탄생한 5원 붕화물은 희토류 자석에 필적하는 강력한 자기 이방성을 나타냈다.


이번 연구는 단순히 새로운 물질의 발견을 넘어 산업계 전반에 미칠 영향이 상당할 것으로 보인다.

전기차 및 로봇: 가격 변동성이 큰 희토류 없이도 고성능 모터를 제작할 수 있어 제조 원가를 획기적으로 낮출 수 있다.

데이터 저장 및 스핀트로닉스: 열 보조 자기 기록 매체와 차세대 메모리 소자의 핵심 소재로 활용될 전망이다.
의료 및 가전: MRI 기기, 스마트폰 등 강력한 자석이 필요한 소비자 전자 제품의 지속 가능한 생산이 가능해진다.

피즈닷오알지에 따르면 카이 류 교수는 "이번 연구는 미래 자기 기록 매체부터 영구 자석에 이르기까지 자성 소재의 핵심 원료 의존도를 완화할 수 있는 지속 가능한 접근 방식을 제시한 것"이라며 연구의 의의를 밝혔다.

연구팀은 향후 머신러닝 기술을 접목해 더욱 우수한 조성을 가진 자성 소재 발굴 속도를 높일 계획이다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com