자성(磁性, Magnetism)은 물질이 가진 자기적 성질을 의미한다. 모든 물질이 가지고 있는 특성이며, 이것이 강한 물질은 자석의 재료가 된다. 물체가 외부에서 가해지는 자기장에 반응하는 양상에 따라 강자성체, 반자성체 및 상자성체 등으로 나누며 세부적으로는 더욱 많은 자성 특성이 나타난다.
물질의 자성
물질의 자기적인 성질을 말하며 구체적으로는 물체가 자기장 속에서 자화되는 성질을 의미한다. 물체의 외부에서 자기장이 가해지게 되면 원자가 가지는 자기모멘트가 자기장의 영향을 받아 정렬하게 된다.
일반적인 물질은 외부자기장에 대해 약한 정도의 자기정렬이 일어나고 외부자기장을 제거하면 자기정렬도 사라지는데 이를 상자성체라고 한다.
이러한 자기정렬이 외부자기장의 반대방향으로 일어나는 경우는 반자성체라고 하며 상자성체와 반자성체는 자기장이 가해지는 경우에만 자기정렬이 일어난다.
이에 비해 강자성체는 외부자기장이 제거된 후에도 자기정렬이 남아있게되는데 이를 자기이력이라고 하며 흔히 자석으로 사용하는 물질들이 이에 해당한다.
강자성체를 이루는 자기모멘트들은 인접한 원자의 자기모멘트와 같은 방향으로 정렬하려는 성질을 갖고 있어 거시적으로 볼 때 한 방향으로 정렬되어 자화를 갖는다.
이에 비해 반강자성체는 자기모멘트들이 인접한 원자의 자기모멘트와 반대 방향으로 정렬하려 하므로 외부자기장이 가해지면 엇갈린 방향의 정렬을 보이고 외부자기장이 사라진 후에도 이러한 엇갈린 정렬은 유지되려는 성질을 갖는다. 이 경우에는 자기모멘트들이 정렬되어 있음에도 불구하고 전체적인 자화는 인접한 자기모멘트가 서로 상쇄되어 거시적인 자기이력현상은 보이지 않는다.
한편 반강자성체와 같은 정렬특성을 보이는 물체 중 인접한 두 자기모멘트의 크기가 서로 다른 경우는 전체적인 자화가 완전히 상쇄되지 않아 비교적 약한 자기이력 현상을 보이게 되는데 이를 준강자성체라고 한다.
자성의 원인
강자성과 상자성을 유발하는 요인은 크게 스핀과 원자 내 전자궤도인데 이중에서 스핀에 의한 것의 세기가 매우 크다. 이들이 갖는 자기 모멘트와 외부자기장과의 반응이 자성으로, 반응을 하며 무작위적으로 흐트러져서 서로를 상쇄하던 각 전자/원자들의 자기 모멘트들이 일정하게 정렬한다. 추가적으로 자석이라고도 부르는 강자성체는 외부자기장을 제거해도 이 정렬이 깨지지 않는 물질이며 자성을 가질 정도의 규칙적인 배열만 유지하면 상관없으므로 액체 자석도 있다.
이처럼 자성의 근원은 입자의 규칙적인 배열에서 생기므로, 자석을 가열하여 입자들의 운동에너지를 높여 이 배열이 흐트러지게 하면 자력을 잃게 된다. 일반적인 강자성체들은 일정 온도 이상이 되면 상전이를 일으켜 더 이상 강자성을 유지하지 못하게 되는데, 이 온도를 퀴리 온도라고 한다. 이는 이 현상의 발견자인 피에르 퀴리의 이름을 따서 붙여졌다.
참고자료
같이 보기
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