[2023학년도 수능특강 독서] (실전 2-융합) (융합) 양자 역학을 통해 이해하는 자석의 성질, 거대 자기 저항 효과의 발견과 응용-지문 해설, 대비 변형 36문제!!!

(융합) 양자 역학을 통해 이해하는 자석의 성질, 거대 자기 저항 효과의 발견과 응용-36문제(2023 수능특강 실전 2 대비)

 

※ 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

 

(가)

자석은 일상의 다양한 분야에서 사용되고 있는 물질이다. 주변의 금속을 끌어당기는 자석의 성질은 이미 고대 그리스 시대부터 알려져 있었다. 하지만 물질이 자기장을 생성하고 자기장의 방향이 동일한 물질들끼리는 서로를 끌어당기고 자기장의 방향이 서로 반대인 물질들끼리는 서로를 밀어내는 것과 같은 자석의 본질적 성질에 관한 과학적 원리는 20세기 초반 미시 세계를 탐구하는 양자 역학이 등장해서야 규명되었다. 물질에서 자기장이 발생하는 근원적인 이유가 양자 역학에 힘입어 알려지기 시작한 것이다. 우리가 자석이라고 부르는 물질은 그 물질을 구성하는 원자 자체가 자석인 경우가 많다. 과학자들은 원자와 같은 미시 세계를 탐구하여 자석의 원리를 ⓐ밝혀 왔다.

- 중략 -  

 

(나)

물질은 많은 원자가 모여서 이루어지는 것이기 때문에 원자 하나의 성질로 물질의 성질이 결정되지는 않는다. 이는 원자들이 상호 작용하기 때문이다. 원자들의 상호 작용에 영향을 미치는 변수에는 여러 가지가 있지만 결정적인 것은 원자 사이의 거리이다. 원자 사이의 거리를 조절하면 원자들의 상호 작용을 조절하는 것이 가능하다. 나노 기술은 그것을 가능하게 만들었다. 나노 기술의 등장으로 원자를 하나하나 쌓아 올리고 원자 사이의 간격도 조절해 인공 격자를 만들 수 있게 되었다. 이러한 시도를 통해 과학자들은 ‘층간 교환 결합’을 발견했다. 두 개의 동일한 강자성체 사이에 비자성 물질을 삽입하면 두 자성층의 간격이 벌어지고 원자들의 상호 작용 크기가 바뀌게 된다. 그런데 두 자성체 사이의 간격을 점점 넓히면, <그림>에서처럼 두 자성체의 원자들이 나타내는 극 방향이 일치하는 평행 상태와 극 방향이 서로 반대인 반평행 상태가 계속 반복되는 현상이 나타난다. 이 현상이 바로 층간 교환 결합 현상이다.

- 이하 생략 -

 

 

 

 

 

[해설]

 

(가) 양자 역학을 통해 이해하는 자석의 성질

{해제}

이 글은 양자 역학을 바탕으로 자석의 본질적 성질에 대해 설명하고 있다. 자석의 원리는 원자와 같은 미시 세계에 대한 탐구를 통해 밝혀져 왔다. 원자의 선 스펙트럼 현상이 제이만 효과 때문에 발생한 것임이 규명되어 원자가 자석임이 밝혀졌다. 이후 전자가 자전한다는 것도 규명되어 전자스핀의 정렬현상으로 자석의 본질적 성질을 설명할 수 있게 되었다.

{주제} 양자 역학에 기반한 자석의 본질적 성질에 대한 설명

 

 

 

(나) 거대 자기 저항 효과의 발견과 응용

{해제}

이 글은 층간 교환 결합 현상, 거대 자기 저항 효과에 대한 설명을 바탕으로 하드 디스크에서 정보를 읽어 내는 원리를 설명하고 있다. 층간 교환 결합이 있는 구조에 전류를 흘려보내면 층간의 극 방향에 따라 저항이 달라지는 거대 자기 저항효과가 나타난다. 거대 자기 저항 효과는 컴퓨터 하드 디스크의 상용화를 가로막고 있던 문제를 해결해 주었다. 거대 자기저항 효과의 원리를 응용하면 하드 디스크에 기록한 정보를 읽을 수 있다.

{주제}

층간 교환 결합 구조에서 나타나는 거대 자기 저항 효과를 응용한 하드 디스크의 원리

 

 

 

 

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