유전체와 자성체의 사상체질
유전체(dielectric)는 보통 절연체(insulator,전기저항이 큰 물질)라고도 합니다. 절연체는 말그대로 전류가 통하지 않는 물질입니다. 따라서 유전체도 절연체의 일종입니다.
유전체가 절연체가 되는 이유는 유전체 내부에 전기편극을 발생시켜, 전기쌍극자모멘트가 +와 -를 상쇄시켰기 때문에 전류가 흐르지 않게 됩니다. (이렇게 +와 - 전하를 저장하는 원리를 이용하여 유전체의 양쪽 극판을 사용하면 극판에 분리된 전하가 더 잘 저장됩니다 - 축전기)
특히 강유전체(ferroelectrics)는 이러한 유전분극이 잘 일어나며, 전기장을 형성하지 않아도 자연적(자발적)으로 분극이 일어나는데, 이를 자발분극이라고 합니다. 이러한 자발분극을 다시 전기장을 이용하여 바꿀(역전) 수 있습니다. 그리고 전기장이 없어져도 바뀐 분극을 그대로 유지하게 됩니다(비휘발성). 강유전체는 일반전인 유전체와 달리 유전분극이 전기장에 비례하지 않고 일정한 전기장이상이 되면 분극값이 포화되고, 외부 전기장에 따른 선형적인 증가만 보여주게 됩니다. 이 때의 분극값을 포화분극(saturation polarization)이라고 합니다. 다시 전기장을 보내면 분극값이 0으로 돌아가지 않고, 외부 전기장이 없더라도 일정한 분극값을 가지게 됩니다. 이를 잔류분극(remanent polarization)이라고 합니다. 분극값이 0이 되기 위해서는 반대 방향의 전기장을 가해주어야 하는데, 이 때의 전기장의 크기를 항전기장(coercive field)라고 합니다. 반대 방향으로 전기장을 더 가해주면 처음에 전기장을 가해 준것과 비슷한 모양으로 분극 값이 포화되고, 다시 원래의 방향으로 전기장을 가해주면 포화 분극이 될 때 하나의 폐곡선(loop)을 이루게 됩니다. 이러한 이력곡선은 강자성체의 이력곡선과 매우 유사하며, 강유전체가 나타내는 가장 대표적인 특성입니다.
<참고문헌 : 강유전체 - 위키백과>
유전체는 반도체 디램(DRAM)에 사용됩니다. 디램은 축전기를 이용하여 정보를 저장하는 장치입니다. 전하가 저장된 경우를 1, 전하가 저장되지 않은 경우를 0으로 인식하는데, 전원을 끄면 정보가 사라지는 휘발성 메모리입니다. 하지만 강유전체를 사용하는 디램은 전원을 꺼도 정보가 사라지지 않습니다. 이를 F램(ferroelectric RAM)이라고 합니다.
유전체와는 달리 강유전체는 자성체(magnetic substance)와도 비슷한 특성을 가지고 있는데, 자성체를 이용하여 정보를 저장하는 방법으로 하드디스크가 있습니다. 하드디스크는 강자성체에 전류를 이용하여 자화시켜 정보를 기록하는데(도선에 전류가 흐르면 자기장이 형성, 전류의 방향에 따라 자화 방향이 다름), 강유전체와 마찬가지로 정보가 전원을 꺼도 사라지지 않는 비휘발성 메모리입니다.
강자성체로 대표적으로 철(Fe)이 있는데, 강유전체는 철을 사용하지않는 차이점이 있습니다.
<Ferroelectric polarization, 히스테리시스>
강유전체와 강자성체는 유사한 자기이력곡선(hysteresis loop)을 사용합니다. 자기이력곡선은 자화강도가 증가하다가 포화상태가 되며 일정한 값을 갖게되고, 외부자기장을 제거해도 0이 아닌 잔류자화를 가지고 있습니다.
자성체는 자기장이 사라지면 원래 상태로 되돌아가나, 철과 같은 강자성체는 자기장이 사라져도 자성이 남아있습니다. 물론 이것은 자기장의 세기에 따라 달려있습니다. 하지만 이러한 상태가 달라지는 것을 이력현상이라고 합니다. 즉, 자속의 밀도(m)와 자기장의 세기(h)가 꼭 일치하지 않습니다.
<음(-)과 양(+) 그리고 중성(0+)과 반중성(0-)의 체질>
히스테리시스 현상은 강유전체 또는 강자성체의 특성을 명료하게 나타냅니다. 잔류자기(mrs)와 보자력(hc)이 클수록 강자성체인데(면적이 넓을수록), 정보를 쓰고 지우기 위해 이러한 이력곡선을 지속적으로 변화해야 한다면, 자속의 밀도와 자장의 세기의 불일치로 인한 탄성 복구에 시간차(시간지연)가 발생하여, 이에 따른 에너지 손실이 발생합니다(위상차 발생).
강유전체는 음양분극이 본래의 속성인데, 자성체처럼 음(-)과 양(+)의 정보를 지키키 위해(간직하기 위해) 자신의 체질을 자화(중성화)시키게 됩니다.
<관련자료 : 디지털 정보의 저장과 플레시메모리(flash memory) 원리>