마법에서 과학으로: 자석과 스핀트로닉스

어렵게만 느껴지던 물리의 재미를 알게 되는 마법 같은 과학책!
왼손 방향 회전 스핀파를 세계 최초로 증명한 물리학자 김갑진,
자석에 이끌리듯 그가 이끄는 대로 질문의 여정을 따라가다 보면
어느새 자석과 전기, 스핀을 이해하게 된다!

자석은 누가 발견했을까. 자석과 전기는 어떤 관계인가. 원자는 어떤 모양일까. 보어의 가설은 어떻게 등장했을까. 자석의 힘의 원인은 무엇인가. 자석은 왜 다른 극끼리는 잡아당기고 같은 극끼리는 밀어낼까. 스핀은 무엇인가. 파울리 배타원리는 무엇인가. 자석의 성질은 어떻게 결정되는가. 스핀을 정렬시키는 작용은 무엇인가. 흐트러뜨리는 것은 또 무엇인가. 자석의 N극와 S극은 어떻게 고정되는가. 인류는 어떤 자석을 만들어 왔나. 자석에 전류를 흘리면 어떻게 되나. 스핀에 열을 가하면 어떻게 되나. 물체를 회전시키면 자석이 될까. 스핀트로닉스는 무엇인가. 컴퓨터 하드디스크는 어떤 원리로 작동하나, 새로운 메모리는 어떻게 개발되었고 연구되고 있나…

이 책을 읽는 독자는 다양한 질문들과, 그 답을 구하는 과정, 거기에서 다시 생겨나는 질문, 답을 찾는 과정을 함께 따라가다 보면, 물리학의 발견과 연구, 고대 중국 나침반의 원리부터 최신 메모리까지, 맥스웰의 방정식, 양자역학에 대한 이해까지 갖추게 된다. 물리학이 어려웠던 기억은 잠시 잊고, 친절한 안내자가 내미는 손을 붙잡고, ‘반짝이는 순간’으로 들어가 보자.

들어가며

1장. 자석의 N극과 S극은 어디서 나오는 걸까
자석은 맨 처음 누가 발견했을까
전기는 누가 발견했을까
전기와 자기는 서로 관계가 있을까
전기와 자기는 어떻게 얽혀 있을까
전기와 자기를 주는 근원은 무엇인가
원자는 어떤 모양일까
원자를 어떻게 설명해야 할까
보어의 가설은 어떻게 등장했을까
왜 원자의 선스펙트럼은 자석에 영향을 받을까
진짜 원자는 어떤 모양일까

2장. 자석은 왜 밀고 당기는 힘을 주는 걸까
자석이 주는 힘의 원인은
자기력을 어떻게 이해해야 할까
자석은 왜 같은 극끼리 밀어낼까

3장. 스핀이란 무엇인가
도대체 스핀이란 무엇인가
스핀의 존재를 실험으로 증명할 수 있을까
원자에서 전자의 스핀은 어떤 식으로 배치되어 있을까
왜 하나의 양자 상태에는 하나의 전자만이 들어갈 수 있을까

4장. 자석이란 무엇인가
원자 자석이 여럿 모이면
자석의 성질을 결정하는 원자의 상호 작용은
스핀을 정렬시키는 상호 작용은
무엇이 스핀 정렬을 흐트러뜨리는가
반자성체에 자기장을 가하면
철은 정말 자석일까
자석의 N극와 S극은 어떻게 고정될까
인류는 어떤 자석을 만들어 왔을까

5장. 자석을 재발견하다
원자를 층층이 쌓아 인공 자석을 만들 수 있을까
자석에 전류를 흘리면
전류로 자석의 방향을 바꿀 수 있을까
회전하면서 앞으로 나아가면
스핀의 흐름은 어떻게 정의할까
열을 주었을 때 스핀은 어떻게 반응할까
물체를 회전시키면 자석이 될까

6장. 자석 연구의 최전선
스핀트로닉스는 인류의 발전에 어떤 기여를 했나
하드디스크의 한계는
스핀 전류를 이용하는 새로운 메모리는
레이스트랙 메모리를 실현할 수 있을까
궁극의 메모리란
자석의 쓰임새는 무궁무진하다

나오며

김갑진

경북 의성에서 태어나고 자랐다. 어려서부터 마늘 심는 기계를 만들어 부모님을 돕겠다는 꿈을 가졌으나, 고등학교 선생님의 “물리학자가 되면 온 인류를 도울 수 있다”는 말씀에 물리학의 길을 걷기로 결심했다. 막상 물리학을 공부해보니 ‘나 같은 사람이 할 수 있는 것이 아니구나!’ 라는 생각에 방황하였지만, ‘나 같은 사람도 열심히 하다 보면 언젠가 이해할 수 있지 않을까?’라는 생각에 계속해서 이 길을 고집하고 있다. 자석을 연구하며, 자성의 근원인 스핀을 이용하여 인류를 도울 수 있는 방법을 찾고 있다. 이유는 잘 모르겠지만 1년 365일중 362일 정도는 연구가 즐겁다. 어쩌다 출연한 2019년 카오스재단 강연이 큰 인기를 끌어 조회수 124만회를 돌파하였다.

서울대학교 자연과학대학 최우수 박사학위 논문상을 수상하였다. 2017 KAIST를 빛낸 10대 연구 성과 선정 (자기메모리 속도를 획기적으로 높이는 기술 개발), KAIST 개교 50주년 기념 학술상 수상 (왼손 방향으로 회전하는 스핀파 세계 최초 증명), 아시아 자기학회 젊은 과학자상 수상, 교토대학 화학연구소 젊은 과학자상 수상 등의 이력이 있다.

2000~2004년 서울대학교 사범대학 물리교육과(학사), 2005~2011년 서울대학교 물리천문학부(박사), 2011~2013년 교토대학교 화학연구소 박사후연구원, 2013~2016년 교토대학교 화학연구소 조교수를 역임했으며 2016년~ 현재까지 카이스트 자연과학대학 물리학과 조교수/부교수로 재직 중이다.

Publication Date	2021/09/08
Pages/Weight/Size	13520020mm
ISBN	9791190944311
Categories	자연과학