공머생의 공부노트

전자에 의한 X선의 산란 (scattering by electron) 공간을 진행하는 X선은 재료에 입사되면 산란을 일으킨다. 산란이란 "빛이 미립자에 부딪혔을 때, 방향을 바꾸어 여러 방면으로 흩어지는 현상" 인데, 즉 말 그대로 X선이 재료에 의해 퍼지는 것 yumy.tistory.com 앞선 포스팅에서 전자기파인 X선이 전자에 의해 산란되는 것을 파동방정식으로 일반화 하였다. 하지만 우리가 실질적으로 물질에 대해 생각할 때는 전자 1개가 아닌 원자의 단위에서 생각할 필요가 있다. 원자와 전자밀도함수의 정의 물질을 자세히 분해해보면 수많은 결정이 복잡하게 결합된 Bulk상태에서, 원자가 입자립 내에서 정돈된 Crystal 상태, 더 확대하면 원자핵과 전자로 이루어진 atom의 상태로 해석할 수 있다...

1. 사인 함수의 수학적 접근 (복습) 일반적으로 파동이 sin함수의 형태를 가지는 형태로 분리된다면 이를 조화파(harmonic wave)라고 한다. 단순히 사인함수로 분해된다는 의미 말고도 이는 파형이 매우 규칙적이고 해석하기 상대적으로 유리하다는 의미이기도 하다. 이러한 조화파는 단순히 음파를 넘어서 전자기학, 고체물리에서도 자연의 현상을 설명하기 위해 많이 응용된다. 이러한 조화파를 수학적으로 해석하기 위해서는 sin(x)함수를 자유롭게 사용할 수 있어야 한다. sin(x)함수의 가장 기본적인 특징을 정리하자면 다음과 같다. 함수에 포함된 상수들은 위와 같은 관계식을 가지는데 이는 sin(x)함수에도 그대로 적용된다. 가장 기본적인 sin(x)의 파형은 다음과 같은데 상수에 따라 아래와 같이 다양..

공간을 진행하는 X선은 재료에 입사되면 산란을 일으킨다. 산란이란 "빛이 미립자에 부딪혔을 때, 방향을 바꾸어 여러 방면으로 흩어지는 현상" 인데, 즉 말 그대로 X선이 재료에 의해 퍼지는 것을 의미한다. X선이 산란할 때는 간섭성(coherent), 비간섭성(incoherent), 형광(fluorescence) 산란이 발생할 수 있다. 간섭성 산란이란 산란될 때 에너지를 잃지 않고 똑같은 에너지를 가진 광자로서 산란되는 것을 의미하고, 비간섭성 산란은 이와 반대로 에너지를 손실된 채로 방출 되는 것을 의미한다. 형광 산란은 X선이 내각 전자를 떼어냄으로서 특정 X선만 방출하는 현상이다. 여기서는 간섭성 산란에 대해서만 고려하기로 하자. 전자 1개에 의한 X선의 산란 X선은 전하를 가진 하전입자에 의해 ..

물질 내를 진행한 X선의 강도는 내부에 있는 물질의 충돌에 의해 점점 감소하는데, 일반적으로 X선의 형광 혹은 산란에 의해 이루어진다. 이를 종합하여 X선의 흡광 이라고 표현한다. X선이 타겟 물질에 도달하는 순간을 $I_{0}$ 라고 할때 거리 x에 따라 X선 빛의 강도가 어느정도로 사라지는지 이론적으로 접근하는 식이 필요하다. ($I_{x}$ 를 찾아야 한다!!) 위의 그림처럼 시편 내의 한 지점인 x에서의 빛의 정도를 $I_{x}$라고 하자 (헷갈릴 수 있지만 임시로 저 지점을 x라고 이해하자) 이때 x 지점에서 X선이 극소량 dx를 이동한 지점에서 빛의 정도를 $I_{x+dx}$라고 할때, 빛이 dx만큼 이동하며 손실된 빛의 양을 dI 라고 하자. 그렇다면 다음 식이 직관적으로 성립한다. $$|d..

1. X선의 발생 기초 X선은 일종의 전자기파이다. 그리고 전자기파는 하전입자의 진동을 통해 발생한다. 이전 포스팅에서 륀트겐이 우연히 X선을 발견한 것처럼 같은 방식을 사용하면 전자기파를 만들 수 있다. 위의 그림과 같이 진공관에 양극과 음극을 설치하고 음극에서 전자가 열전자로 분리될 만한 열에너지를 가해주면 음극 금속에서 전자들이 들뜨게 된다. 이때 양극으로 고전압 (5~50kV)를 걸어주면 전자들이 양극으로 가속되기 시작한다. 이때 전자들이 양극(대음극)에 충돌하면 전자의 에너지가 감소하며 광자에너지로 발산되게 된다. 일반적인 전구와 다르게 전자가 가속되어 발생하는 에너지가 상대적으로 매우 크기 때문에 가시광선 파장의 빛이 아닌 X선 같은 에너지가 높은 빛이 나오게 되는 것이다. 나중에 텅스턴 램프..

X-선이란 재료과학분야에서는 그 무엇보다 중요한 분석장비로 어쩌면 모든 재료분석의 기본이 되는 장비일 것이다. XRD, SEM, TEM, SEM-EDX, XPS 등등 정말 수없이 많은 장비들이 X선의 원리로 움직인다. 심지어는 재료과학분야 뿐만이 아닌 물리학, 분자물리학, 의학 분야에서도 X선은 빠질수 없는 정말 기적적인 장비라고 해도 과언이 아니다. 이번 포스팅에서는 결정학에서 X선의 역사와 성질에 대해 알아보자 X-선은 무엇이고 어떤 원리로 재료의 원자수준에서 분석이 가능한 것일까?? X선은 빛의 성질을 가지는 전자기파로서 0.02Å ~ 100Å (Å = 대략적인 원자 사이거리 = 0.1nm) 파장을 가진다. 일반적으로 결정구조 해석에는 0.3Å ~ 3Å 길이의 파장을 사용한다. X선은 빛으로서 편광..

이전 포스팅에선 빛이 무엇인가에 대해서 천재들이 의논했던 흐름에 대해 간단하게 다루었다. 이번 포스팅에서는 빛이 가지는 입자적 특징에 대해서만 집중해서 다뤄볼 계획이다. 빛의 입자적 성질에 대하여 Part 1 빛의 성질에 대해 아는 것은 단지 재료과학에서의 응용에서 국한되는 것이 아닌 어떠한 과학의 분야에서든 전부 응용 가능하다. 특히 나노소재공학에서 나노입자가 가지는 특징을 알아내기 위 yumy.tistory.com 빛이 입자적 성질을 가진다는 증거 빛에 대한 논의에서 가장 중요하게 받아들여지고 논의된 내용은 단연 "빛이 입자인가 파동인가?" 라는 질문이다. 빛은 입자라고 설명할 수 밖에 없는 특징도 가지면서 동시에 파장이라고 설명할 수 밖에 없는 특징 또한 가진다. 그렇다면 빛에 입자적 성질에 집중해..

빛의 성질에 대해 아는 것은 단지 재료과학에서의 응용에서 국한되는 것이 아닌 어떠한 과학의 분야에서든 전부 응용 가능하다. 특히 나노소재공학에서 나노입자가 가지는 특징을 알아내기 위해 Transmission analysis, Raman analysis, Tauc plot등을 사용하는데 빛의 성질과 이에 수반되는 물질의 광학적 특징에 대한 이해가 필수적이다. 그래서 이번 포스팅에서는 기존의 빛에 대한 논의에 대해 이해하고 지금의 결론이 어디까지 도달했는지 알아보고자 한다. 빛에 대한 오랜 토론 빛은 어쩌면 우리 주변에서 가장 흔하게 볼 수 있지만 가장 신기한 특성을 가진 물리현상이다. 과거의 과학자들 또한 빛에 대해 많은 관심을 가졌고, 뉴턴의 광양자설부터 지금의 양자역학까지 엄청난 이론의 충돌을 겪었다...