자기 미디어는 컴퓨터의 유비쿼터스 하드 드라이브부터 평범한 냉장고 자석에 이르기까지 우리가 정보를 저장하고 액세스하는 방식에 혁명을 일으켰습니다. 하지만 마법처럼 보이는 이 자석의 과학적 원리는 무엇일까요? 이 글에서는 매혹적인 자성의 세계를 들여다보고 자성 미디어를 가능하게 하는 원리를 살펴봅니다.
자기의 기초
자력은 전자와 같은 하전 입자의 운동에서 발생하는 자연의 기본 힘입니다. 중력, 전자기, 강-약 핵력과 함께 자연의 4대 기본 힘 중 하나입니다.
자기의 가장 친숙한 현상은 북극과 남극과 같은 자석의 반대 극 사이의 인력입니다. 이 현상은 자화된 물질 내에 있는 작은 자성 입자, 즉 도메인이 정렬되어 있기 때문입니다.
자기 도메인
자석에서 원자 내의 전자는 자기장을 생성하는 방식으로 정렬되어 있습니다. 이렇게 정렬된 전자는 자기 영역이라고 하는 영역을 형성합니다. 각 영역은 북극과 남극을 가진 작은 자석처럼 작동합니다.
철과 같은 강자성 물질의 자화되지 않은 조각에서는 영역이 무작위로 배향되어 서로의 자기장을 상쇄합니다. 그러나 물질에 외부 자기장이 가해지면 영역이 외부 자기장에 맞춰 정렬되어 순 자기장이 생성됩니다. 이 과정을 자화라고 합니다.
자기장
자기장은 자화된 물질과 자극을 둘러싸고 있는 눈에 보이지 않는 힘의 장입니다. 자기장은 자석의 북극에서 발산되어 남극으로 순환하는 힘의 선, 즉 자기장 선이 특징입니다.
자기장의 세기는 이러한 자기장 선의 밀도에 따라 결정됩니다. 선이 서로 가까울수록 자기장은 더 강해집니다. 자기장은 나침반을 사용하여 시각화할 수도 있는데, 나침반은 자기장 선의 방향에 따라 정렬됩니다.
자기 기록의 원리
하드 드라이브, 플로피 디스크, 자기 테이프와 같은 자기 미디어는 정보를 저장하고 검색하는 데 자성의 원리를 이용합니다. 자기 기록의 기본 원리는 외부 자기장을 가하여 강자성 물질의 자기 영역 방향을 변경할 수 있는 능력입니다.
자기 기록 프로세스
자기 기록에서는 정보가 방향을 번갈아 가며 일련의 자기 영역으로 저장됩니다. 자성 매체에 정보를 기록하기 위해 작은 전자석인 기록 헤드를 매체 표면 위로 통과시킵니다.
저장할 정보를 나타내는 전기 신호가 기록 헤드를 통과하면 헤드에서 생성된 자기장이 기본 매체의 자기 영역의 방향을 뒤집습니다. 자기장의 극성에 따라 도메인이 뒤집히는 방향이 결정되며, 한쪽 극성은 이진 "0"에 해당하고 반대쪽 극성은 이진 "1"에 해당합니다.
자기 정보 읽기
저장된 정보를 읽으려면 이 과정을 반대로 진행합니다. 전자석이기도 한 읽기 헤드가 기록된 매체 위를 통과합니다. 헤드가 교류 자기 도메인 위를 지나갈 때 도메인에서 생성된 자기장이 읽기 헤드에 작은 전류를 유도합니다. 이 전류는 증폭되어 원래의 디지털 신호로 다시 변환될 수 있습니다.
자기 미디어 재료
자성 매체에 사용되는 가장 일반적인 재료는 산화철 또는 Fe라고 하는 강자성 합금입니다.