홈 > 강의소개
고체물리학Ⅱ
김진배 교수
중앙대학교 대학원 물리학과 석사과정
중앙대학교 대학원 물리학과 박사졸업
중앙대학교 대학원 물리학과 석사과정
중앙대학교 대학원 물리학과 박사졸업
중앙대학교
홍익대학교
현) 유니와이즈 전임교수
AI가 이끄는 스마트한 학습 경험, AI 튜터와 함께 더 빠르고, 더 깊게 학습하세요.
긴 강의 내용을 AI가 핵심만 요약하여 복습 시간을 단축시킵니다.
강의에서 가장 중요한 키워드와 개념을 자동으로 추출해 제공합니다.
학습한 내용을 바탕으로 AI가 생성한 퀴즈를 풀며 이해도를 점검합니다.
모르는 부분을 24시간 언제든 AI 튜터에게 질문하고 답변을 받습니다.
총 9개 챕터, 29강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
|---|---|---|
| 11장. 반자성과 상자성 | ||
|
[1강] 반자성과 상자성 (1)
|
0:
34:
49
|
|
|
반자성과 상자성의 기초 개념 및 랑제방 반자성 방정식
• 자기적 성질 분류와 자기감수율: 상자성·반자성·강자성 분류, 자유원자 스핀·궤도 각운동량·껍질 채움에 따른 자기 모멘트 기원, 자화 M과 자기감수율 χ= M/B 정의 및 부호(χ>0 상자성, χ<0 반자성) 기반 구분 • 반자성의 기원과 랑제방 반자성 방정식: 렌츠 법칙에 의한 유도 전류와 유도 자기 모멘트의 반대 정렬, Larmor 프리세션을 이용한 고전적 유도와 단일핵 계 해밀토니안·섭동이론을 통한 양자이론적 유도로부터 χ = - (N e² / 6 m c²)⟨r²⟩ 형태의 항상 음수인 반자성 감수율 도출 • 전자 껍질 구조와 물질 예시: 완전 채움 껍질(불활성 기체, 이온 코어)의 스핀·궤도 각운동량 상쇄로 인한 강한 반자성, 원자번호 증가 → 전자 구름 크기 ⟨r²⟩ 증가 → |χ| 증가 경향 및 유전체·금속에서 이온 코어 반자성과 전도전자 상자성·반자성의 합으로 나타나는 실험적 자기감수율 구조 이해 |
||
|
[2강] 반자성과 상자성 (2)
|
0:
45:
21
|
|
|
상자성의 양자이론과 퀴리(브릴루앙) 법칙, 희토류·철족 이온, 결정마당
• 상자성 양자이론·브릴루앙 함수·퀴리(퀴리–브릴루앙) 법칙: 짝지어지지 않은 전자의 스핀·궤도 각운동량이 만드는 자기모멘트, 랑데 g인자·브릴루앙 함수로 표현되는 자화와 포화자화, 고온·약자기장 한계에서의 퀴리 법칙(χ = C/T) 및 유효 보어 마그네톤수·퀴리 상수 정의 • 희토류 이온·훈트의 규칙·란탄족 수축: 4f 전자배치에 대한 훈트의 규칙(S,L,J)과 랑데 g인자로 유효 보어 마그네톤수 계산, 실험 감수율과의 비교 및 다중항 점유 효과, 4f 전자 차폐로 인한 궤도각운동량 유지와 란탄족 수축에 따른 원자반지름 감소·자기모멘트 변화 • 철족 이온·결정마당 갈라지기·궤도각운동량 quenching: 3d 전이금속 이온의 결정 전기장(crystal field)에 의한 d궤도 에너지 갈라지기(t₂g, e_g 등)와 궤도각운동량 억제(L≈0)로 스핀 중심 상자성 형성, p·d 궤도의 비등방적 갈라짐과 희토류 4f 이온과의 차이에 따른 이론·실험 유효 자기모멘트 불일치 설명 |
||
|
[3강] 반자성과 상자성 (3)
|
0:
28:
27
|
|
|
궤도각운동량 억제와 Van Vleck 상자성, g-인자 정리
• 궤도각운동량 급냉(quenched orbital moment)과 결정장 효과: 비중심·비등방 결정장에서 궤도면 방향 변동으로 ⟨Lz⟩→0이 되어 궤도 자기모멘트와 궤도 상자성이 억제되는 메커니즘, 직방·입방 결정장 퍼텐셜과 실공간 기저(Xf,Yf,Zf) 선택에 따른 행렬 대각화 및 비대각 성분 소거 구조 • 분광학적 g-인자와 스핀-궤도 상호작용: 스핀-궤도 퍼터베이션 H_SO=λL·S와 들뜬 궤도상태와의 에너지 차 Δ로부터 ⟨Lz⟩, ⟨Sz⟩를 계산해 g=2(1−λ/Δ₁) 형태의 유효 g-인자를 유도하고, 양자수 L,S,J만의 함수인 랑데식과 달리 λ, Δ에 의존하는 고체 내 유효 g-인자 개념 정립 • Van Vleck 온도 독립성 상자성: 바닥상태 자기모멘트 대각성분 0, 들뜬상태와의 비대각 자기모멘트 ⟨ψ_s|μ_z|ψ_0⟩에 의한 상태 섞임으로 생기는 상자성에서 Δ≲k_BT 경우 Curie형 χ∝1/T, Δ≫k_BT 경우 χ∝N|⟨ψ_s|μ_z|ψ_0⟩|²/Δ로 온도 독립 상수형 감수율이 되는 Van Vleck 상자성의 조건과 물리적 의미 정리 |
||
|
[4강] 반자성과 상자성 (4)
|
0:
49:
51
|
|
|
일정 엔트로피 자기소거 냉각과 전도전자 상자성 감수율 개념 정리
• 일정 엔트로피 자기소거 냉각: 스핀 엔트로피와 자기마당의 $B/T$ 비례성을 이용해 등온 자화 후 단열 자기소거로 온도를 $T_2/T_1 \approx B_\Delta/B$ 비율만큼 낮춰 mK–μK 극저온에 접근하는 냉각 원리 • 전도전자 파울리 상자성: 금속 전도전자를 페르미 기체로 보고 페르미면 근처 상태만 스핀 정렬에 기여함을 사용해 $M \propto \mu_B^2 D(E_F) B$, $\chi_{\text{Pauli}} \propto 1/T_F$ 형태의 온도 비의존 상자성 감수율을 얻는 통계역학적 모델 • 전도전자 자기성 보정과 11장 구조: 란다우 준위를 통한 궤도 반자성이 파울리 상자성의 약 1/3을 상쇄해 순 감수율이 $ \chi_{\text{total}} \approx \tfrac{2}{3}\chi_{\text{Pauli}}$가 되며, 이를 반자성·상자성의 양자이론, 훈트의 규칙, 자기 냉각 사례와 함께 고체 자기현상 기본 커리큘럼으로 통합 정리 |
||
| 12장. 강자성과 반강자성 | ||
|
[5강] 강자성과 반강자성 (1)
|
0:
49:
26
|
|
|
강자성 질서와 큐리-바이스 법칙, 교환 상호작용 개요
• 강자성 질서·자발 자기화: 교환 상호작용에 의해 스핀들이 평행 정렬하여 외부장 없이도 자발 자기모멘트와 가득참 자기화를 가지며, 온도 상승 시 열교란으로 약화되어 큐리온도에서 상자성으로 전이됨 • 교환마당·큐리-바이스 법칙·하이젠베르크 모형: 교환마당 $B_E=\lambda M$을 상자성 큐리 법칙에 도입해 감수율 $\chi = C/(T-T_c)$의 큐리-바이스 법칙을 얻고, 교환적분 $J$와 스핀 $S$, 최근접 이웃 수 $z$를 포함하는 하이젠베르크 모형으로 강자성·반강자성 선호와 큐리온도 결정 요인을 기술함 • 포화 자기화의 온도 의존·밴드 구조·유효 마그네톤수: 브릴루앙 함수 자가일관식으로 $M_s(T)$ 감소와 $T^{3/2}$ 법칙을 설명하고, 스핀 분극된 에너지 밴드 구조로 절대영도 포화 자기화를 해석하며, 스핀-궤도 결합·전도전자 분극·복잡 스핀 배열 효과가 반영된 비정수 유효 마그네톤수 개념을 제시함 |
||
|
[6강] 강자성과 반강자성 (2)
|
0:
43:
41
|
|
|
마그논과 강자성체에서의 스핀파, 분산관계, 열들뜸 요약
• 마그논·스핀파 개념: 강자성체 스핀 정렬 위 집단적 스핀 파동 들뜸의 양자(보손)로, 교환상호작용과 유효 교환장, 세차운동 방정식으로부터 1D·3D에서 특유의 이차형 분산관계 \(\hbar\omega \propto k^2\)가 유도됨 • 마그논 양자화·상태밀도: 스핀파 모드별 보스 입자로 양자화되어 \(E_{\mathbf{k}}=(N_{\mathbf{k}}+\tfrac12)\hbar\omega_{\mathbf{k}}\) 를 갖고, 3차원 입방격자에서 분산관계로부터 상태밀도 \(D(\omega)\propto\omega^{1/2}\)가 결정됨 • 마그논 열들뜸·블로흐 법칙·실험: 보스 분포와 \(D(\omega)\propto\omega^{1/2}\)를 적분해 마그논 수·자기화 감소가 \(T^{3/2}\)에 비례하는 블로흐 \(T^{3/2}\) 법칙이 도출되며, 분산관계 계수와 교환적분 \(J\)는 중성자 산란·스핀파 공명 실험으로 정량 결정됨 |
||
|
[7강] 강자성과 반강자성 (3)
|
0:
55:
20
|
|
|
강자성·준강자성·반강자성에서의 마그논과 중성자 자기산란 요약
• 중성자 자기 산란: 핵·전자 스핀 자기모멘트에 민감한 산란으로 자성체의 스핀 배열, 자기 브래그 피크, 마그논 에너지·운동량 분산 관계를 측정·분석하는 실험 기법 • 준강자성·반강자성 질서와 감수율: 두 부분 격자 스핀의 반평행 배열에서 준강자성은 불완전 상쇄로 유한 순자화·복잡한 χ(T), 반강자성은 완전 상쇄·넬 온도 이하 질서·온도·방향 의존적 감수율(χ∥, χ⊥) 특성을 보이는 스핀 구조 • 반강자성 마그논과 분산: A/B 부분 격자 교환 상호작용으로 선형 분산 ω∝k(ω=ω_ex|sin(ka/2)|)을 가지는 반강자성 마그논이 형성되며, 강자성체의 ω∝k² 마그논과 대비되는 저에너지 스핀 여기 및 동역학 특성을 제공함 |
||
|
[8강] 강자성과 반강자성 (4)
|
0:
59:
03
|
|
|
강자성 구역, 비등방성 에너지와 Bloch wall, 보자력·히스테리시스, 단일구역입자와 초상자성
• 자기질서와 감수율 법칙: 강자성·준강자성·반강자성의 스핀 정렬 구조와 전이온도(Tc·TN), Curie·Curie–Weiss 법칙 및 마그논 분산관계에 따른 감수율·열용량 특성 정리 • 구역 구조·에너지·보자력: 강자성 구역(domain)과 Bloch wall 형성, 교환·비등방성·자기장 에너지 최소화를 통한 도메인 패턴·벽 두께·보자력 결정, 히스테리시스 루프와 연자성체·경자성체 구분 및 단일구역입자·초상자성·기록 매체 응용 • 거시 자기 현상과 관측: 지자기·생자기의 잔류 자기화와 역전, 생체 자기 감지, 자기력 현미경(MFM)에 의한 도메인·자속 분포 관측, 반강자성 두 부분살창 모형에서 Neel 온도·Curie–Weiss 온도 관계 정식화 |
||
| 13장. 자기공명 | ||
|
[9강] 자기공명 (1)
|
0:
42:
00
|
|
|
핵 자기공명과 블로흐 방정식, 선너비 및 이완시간 개념 정리
• 핵자기공명과 공명 조건: 외부 정자기장과 핵스핀 자기모멘트 상호작용에 따른 에너지 준위 분할, 라머 주파수(ω₀ = γB₀)와 공명 조건을 이용한 물질 구조·자기 특성 분석 • 스핀 이완과 블로흐 방정식: 세로 자화 회복을 나타내는 스핀-격자 이완시간 T₁, 가로 자화 위상 소실을 나타내는 스핀-스핀 이완시간 T₂, 프리세션(γM×B)과 이완 항을 포함한 자화벡터 운동방정식(블로흐 방정식) 구조 • 선 너비와 T₂ 관계: 공명 흡수 스펙트럼의 로렌치안 피크, 반치폭(FWHM)으로 정의되는 선 너비 Δω ∝ 1/T₂ 관계, 스핀 상호작용·국소 자기장 불균일성 반영을 통한 미시적 상호작용 및 동역학 특성 진단 |
||
|
[10강] 자기공명 (2)
|
0:
43:
42
|
|
|
핵자기공명 선너비와 초미세구조, 사중극자 공명 정리
• 선 너비·운동 좁아지기·선 분해능: 고체에서 자기 쌍극자 상호작용이 NMR 선 너비를 결정하고, 원자·전자 운동에 따른 운동 좁아지기가 $T_2$, 선폭 $\Delta\omega\sim\gamma^2B_i^2\tau$를 감소시켜 고분해능 NMR/MRI 분해능을 향상시키는 원리 정리 • 초미세 상호작용·초미세 구조: 핵스핀–전자스핀 상호작용 $E_\text{hf}=A\,\mathbf{I}\cdot\mathbf{S}$에 의한 초미세 갈라지기, 초미세 상수 A와 수소 21 cm 선(1420 MHz), F중심과 규소 주개에서의 초미세 선 구조 및 농도·호핑 효과, 금속에서 전도전자 분극에 의해 생기는 나이트 치우침 정의와 물성 분석 기능 정리 • 사중극 모멘트와 NQR: 핵스핀 $I\ge1$ 핵이 갖는 전기 사중극 모멘트 $Q$와 비등방 전기장 구배 상호작용으로 외부 정자기장 없이도 준위가 $2I+1$개로 갈라지고 공명선이 나타나는 NQR 조건·준위 구조·NMR과의 차이를 통해 주변 결정 전기장 환경을 분석하는 방법 정리 |
||
|
[11강] 자기공명 (3)
|
0:
46:
59
|
|
|
자기 공명
• 자기 공명 종류: 강자성 공명·반강자성 공명·전자 상자성 공명(EPR)·스핀파동 공명에서 스핀 집단 모드, 공명 주파수, 선폭, 형상·이방성·교환 상호작용 의존성 비교 • 강자성·반강자성 공명: 강자성체·반강자성체에서 내부 유효장·탈자 인자·교환장·이방성장에 따른 공명 조건·진동수 식, 얇은 필름 스핀파동 공명과 2D magnon 양자화, 재료별 협선폭·형태 효과 분석 • 전자 상자성 공명과 메이저·레이저: 상자성 이온·라디칼의 Zeeman 분할·g-인자·초미세 결합·zero-field splitting·exchange narrowing 특성과, 자극 방출·밀도 반전·선폭–완화시간·Q-factor에 기초한 메이저·레이저(3·4준위·루비 레이저) 에너지 준위 설계 및 동작 조건 정리 |
||
| 14장. 플라스몬. 플라리톤 및 폴라론 | ||
|
[12강] 플라스몬. 폴라리톤 및 폴라론 (1)
|
0:
56:
16
|
|
|
전자기체의 유전함수와 플라스몬: 플라즈마 진동, 분산관계, 금속의 투명성 및 플라스몬 실험 관찰 정리
• 전자기체·플라즈마·유전함수: 전자기체를 플라즈마로 보고 복소 유전함수 ε(ω,k)를 정의하여 전기장·전하밀도·포텐셜 사이 관계 및 정전가리기·집단 응답 구조를 기술 • 플라즈마 진동수·분산관계·금속 투명성: 전자 운동방정식으로 ω_p^2=4πne^2/m 유도 후 ε(ω)=1−ω_p^2/ω^2와 ε(ω)ω^2=c^2k^2 분산관계를 통해 가로/세로 플라즈마 모드, 파동 전파·감쇠 조건, 금속의 주파수별 반사·투명 특성 정리 • 플라스몬·부피/표면 모드·실험 관찰: 세로 플라즈마 진동의 양자인 플라스몬을 E_n=nħω_p 스펙트럼으로 정의하고, 전자 에너지 손실 스펙트럼에서 관찰되는 부피·표면 플라스몬 피크 구조 및 금속·유전체에서의 에너지 범위와 응용(플라즈모닉스, SPR 등) 비교 정리 |
||
|
[13강] 플라스몬. 폴라리톤 및 폴라론 (2)
|
0:
56:
14
|
|
|
정전가리기와 폴라리톤(Thomas-Fermi, Mott 전이, LST 관계까지)
• 정전가리기와 Thomas-Fermi 근사: 전자기체의 정전 응답을 유전함수 ε(k,0)=1+k_s²/k²와 스크리닝 길이 k_s⁻¹로 기술하고, 가려진 쿨롱(Yukawa) 퍼텐셜 및 금속·합금에서의 유사퍼텐셜과 비저항 변화로 연결 • Mott 금속-부도체 전이: 스크리닝 강도와 전자 밀도에 따른 가려진 퍼텐셜 깊이 변화를 통해 임계 거리·임계 농도에서의 금속–절연체 전이를 설명하고, 수소 격자 및 실리콘:인 도핑계에서의 금속화 조건 제시 • 폴라리톤과 LST 관계: TO 포논–포톤 결합으로 형성되는 폴라리톤의 분산관계 c²k²=ω²ε(ω), 주파수 금지대(ω_T<ω<ω_L)와 반사 스펙트럼 특징을 기술하고, ε(ω)=ε_∞(ω_L²−ω²)/(ω_T²−ω²)로부터 LST 관계 ω_L²/ω_T²=ε_0/ε_∞를 도출하여 LO/TO 포논과 유전함수 극한값의 연결 정리 |
||
|
[14강] 플라스몬. 폴라리톤 및 폴라론 (3)
|
0:
48:
54
|
|
|
플라스몬·폴라리톤·폴라론과 전자·포논 상호작용 핵심 정리
• 전자-전자·전자-포논 상호작용과 Fermi 액체·준입자: Fermi 액체, 파울리 베타 원리에 따른 전자-전자 산란 억제와 평균자유거리·유효질량 변화, 유전함수·플라스몬·스크리닝·폴라리톤 등 전자계 집단 응답 개념 정리 • 폴라론·전자-포논 결합 상수·유효질량: 전자-포논 결합에 따른 폴라론 정의, 결합 상수 α와 폴라론 유효질량 m\*ₚₒₗ 증가, 이온결합 vs 공유결합 결정에서 큰/작은 폴라론, 밴드 전도와 호핑 전도의 수송 특성 비교 • 1차원 금속 Peierls 불안정성과 밴드갭 형성: 1D 금속에서 G=2k_F 정적 격자 변형, 탄성 에너지와 전자 에너지 경쟁으로 나타나는 Peierls 변형, Δ ~ 4W exp[-1/(N₀V)]로 주어지는 변형·갭 크기와 금속-절연체 전이 조건 정리 |
||
| 15장. 광학적 과정과 들뜸알 | ||
|
[15강] 광학적 과정과 들뜸알 (1)
|
0:
50:
38
|
|
|
광학적 반사율, 유전함수, Kramers-Kronig 관계식 요약
• 반사계수·반사율·복소 굴절률·유전함수: r과 R 정의, N=n+ik와 ε=ε1+iε2, N²=ε 관계 및 R(ω) 측정으로부터 n, k, ε1, ε2를 역산하는 절차 구조 • Kramers-Kronig 관계식: 선형 수동계 응답함수의 실수부·허수부를 코시 주값 적분으로 연결해 한쪽 스펙트럼으로 다른 쪽과 반사계수 위상 θ(ω)를 복원하는 수학·물리적 인과성 조건 • 응용 사례(전도율·띠 구조·변조분광): 복소 전도율 σ(ω)와 ε(ω) 사이 대응, 자유전자 응답 예제, 띠 사이 전이와 변조분광(dR/dω, d²R/dω²)으로 밴드 특이점·전자구조를 추출하는 분석 방법 정리 |
||
|
[16강] 광학적 과정과 들뜸알 (2)
|
0:
46:
28
|
|
|
들뜸알(엑시톤)의 개념과 종류, 에너지 구조 요약
• 들뜸알(엑시톤) 기본 개념: 전도전자-양공의 정전기적 인력에 의한 중성 준입자 상태로, 밴드갭 이하 에너지에서의 흡수·루미네센스 및 직접/간접천이형 밴드 구조와 연관된 에너지·운동량 보존 특성 정리 • 엑시톤 종류와 에너지 준위: Frenkel(바운드)·Wannier(Free) 엑시톤의 결합 범위·결합에너지·대표 물질·유효질량·유전율을 반영한 수소형 양자화 에너지 준위와 샤프한 흡수·발광 스펙트럼 특성 비교 • 엑시톤 응집과 전자-양공 방울: 고농도·극저온에서의 엑시톤 응집에 따른 전자-양공 방울(EHD) 형성, 엑시톤 절연체상과 전자-양공 금속상의 상도·모트 기준 및 절연체-금속 전이와의 관계 요약 |
||
|
[17강] 광학적 과정과 들뜸알 (3)
|
0:
46:
20
|
|
|
단결정 라만효과와 에너지 손실, 광전자분광 및 반사율 정리
• 단결정 Raman 효과와 포논 상호작용: Stokes/anti-Stokes 산란, 에너지·운동량 보존 선택규칙, Planck 분포에 따른 강도비와 온도 의존성을 통해 격자 포논 모드·대칭성·결합 구조 분석 • X선/자외선 광전자 분광(XPS/UPS): 광전 효과 기반으로 결합에너지·상태밀도 스펙트럼을 측정하여 표면 원소종, 화학 결합 상태, 가전자대 전자 구조를 규명 • 유전함수·복소 굴절률과 에너지 손실·반사율: 빛 손실률 Im[ε(ω)]와 하전입자 손실률 −Im[1/ε(k,ω)]의 관계, ε↔(n,K) 변환, 수직입사 반사계수 r=(√ε−1)/(√ε+1) 및 반사율 R=((n−1)²+K²)/((n+1)²+K²) 표현으로 광학·EELS 데이터를 연결해 해석 |
||
| 16장. 유전체와 강유전성 | ||
|
[18강] 유전체와 강유전성 (1)
|
0:
33:
26
|
|
|
유전체와 강유전체: 거시적 전기마당과 극갈림, 유전 감수율 개념 정리
• 유전체·강유전체 개념: 비유전율이 1보다 큰 부도체(절연체)로서 외부 전기장에 의해 분극이 유도되는 물질이며, 강유전체는 매우 큰 유전율과 외부장 제거 후 잔류 분극을 가지는 특수 유전체 • 극갈림·전기마당 구조: 극갈림 P는 단위 부피당 전기쌍극자 모멘트 합으로 정의되며, 유전체 내부 전기마당은 외부장 E₀와 분극이 만들어내는 극갈림 소거 전기마당 E₁(형상에 따른 소거 인자 N으로 표현)을 합한 거시적 전기장 E로 기술됨 • 유전 감수율과 분극–전기장 관계: 분극–전기장 선형 관계 P = χE와 E = E₀ − NP를 결합해 P = χ/(1 + χN)·E₀ 형태의 효과적 감수율을 도출하고, 맥스웰 방정식(cgs 표현) 속에서 거시적·미소 전기마당 구분 및 시료 형상 효과까지 포함해 유전체·강유전체 전기적 응답 구조를 정리함 |
||
|
[19강] 유전체와 강유전성 (2)
|
0:
42:
25
|
|
|
원자에서의 극소 전기마당과 유전상수·극갈림률 관계 정리
• 극소 전기마당과 로렌츠 전기마당: 유전체 내부 원자가 느끼는 로컬필드를 $E_0,E_1,E_2,E_3$로 분해하고, 구형 시료·입방구조에서 로렌츠 장 $E_2=\tfrac{4\pi}{3}P$를 통해 $E_{\text{local}} = E + \tfrac{4\pi}{3}P$ 관계 정립 • 유전상수·감수율·극갈림률 관계: 분극 $P=\chi E$, 전속밀도 $D=\varepsilon E = E+4\pi P$로부터 $\varepsilon = 1+4\pi\chi$를 얻고, 원자 극갈림률 $\alpha$와 부피 농도 $n_j$를 이용해 Clausius–Mossotti 식 $\dfrac{\varepsilon-1}{\varepsilon+2} = \dfrac{4\pi}{3}\sum_j n_j\alpha_j$ 및 굴절률 $n$과의 연결 $\dfrac{n^2-1}{n^2+2} = \dfrac{4\pi}{3}\sum_j n_j\alpha_j$를 정식화 • 극갈림률 종류와 주파수 의존성: 전자·이온·쌍극자 극갈림률을 구분하고, 조화진동자 모형 및 양자역학적 전이합 표현으로 $\alpha(\omega)=\dfrac{e^2}{m(\omega_0^2-\omega^2)}$ 등 주파수 의존 형식을 도출하여 미시적 전자 구조와 유전체의 유전상수·굴절률 스펙트럼을 연결 |
||
|
[20강] 유전체와 강유전성 (3)
|
0:
28:
24
|
|
|
강유전체와 구조적 상전이 개요 및 분류 정리
• 구조적 상전이·자유에너지·폰온·엔트로피: 고체 내부 결정 구조 변화와 자유에너지 최소 조건, 폰온 분산과 엔트로피 차이에 따른 상 안정성·전이 조건 정리 • 강유전체·상유전체·초열전기 성질: 자발 분극과 전기 이력, 퀴리온도에서의 강유전체–상유전체 전이, 유전상수·초열전기 상수·비열의 임계온도 이상 거동 및 응용 특성 정리 • 강유전성 결정 분류·전이 메커니즘: KDP·TGS·페로브스카이트 계 강유전체의 결정 구조·퀴리온도·자발 분극 비교, 질서–무질서형 vs 변위형(페로브스카이트 BaTiO₃ 등) 강유전 전이 메커니즘 구조적 특징 정리 |
||
|
[21강] 유전체와 강유전성 (4)
|
1:
05:
51
|
|
|
변위형 상전이와 강유전체
• 변위형 상전이·극갈림파국·soft optical phonon: 국소 전기마당에 의한 극갈림파국 조건(∑n_iα_i=3/4π)과 TO soft phonon 응축, LST 관계에 따른 유전상수 발산 및 Curie–Weiss형 온도 의존성 정리 • Landau 상전이 이론: 자유에너지 Landau 전개를 통한 질서매개변수 P의 2차 상전이(G₂∝T−T₀, G₄>0)와 1차 상전이(G₄<0,G₆>0) 구분, 상유전–강유전 전이에서 P(T) 연속성·잡열·T_c와 발산 온도 T₀ 차이 구조화 • 강유전체 응용 개념: 반강유전성(반평행 이온 변위 배열), 강유전성 영역(domain)과 외부 전기장에 따른 도메인 재배열, 모든 강유전체의 압전성·정·역압전 효과 및 기본 압전 방정식(P_i=d_ijσ_j+χ_ijE_j, ε_i=s_ijσ_j+d_ijE_j) 관계 정리 |
||
| 17장. 표면과 경계면 물리 | ||
|
[22강] 표면과 경계면 물리 (1)
|
0:
55:
31
|
|
|
표면 및 경계면 물리: 표면결정학과 표면전자구조 핵심 정리
• 표면·경계면 물리 개념: 단결정 고체 표면·인터페이스에서의 재구성·풀림·초구조·계단형 표면과 2차원 표면격자·표기법·LEED/RHEED 회절 해석을 통한 구조 규명 • 표면 전자구조와 방출: 일함수 정의와 열전자 방출 통계역학(전자 농도식, Richardson-Dushman 식) 및 표면 상태의 양자역학적 형성 원리와 금지대 내 국소화 준위의 전하·전위 영향 정리 • 밴드 굴곡과 MOSFET 수송: 표면 밴드 굴곡(축적층·반전층·표면전위)과 MOS 구조에서 게이트 전압–표면 캐리어 밀도–2차원 채널 전도도 관계[G=(W/L)n_s e μ]를 통한 스위칭·증폭 원리 요약 |
||
|
[23강] 표면과 경계면 물리 (2)
|
1:
16:
30
|
|
|
2차원 채널 자기저항도, 양자 Hall 효과와 p-n 접합·이질구조·발광소자 개요
• 2차원 전자계와 양자 Hall 효과: 전도도 텐서에서 강자기장·저온 조건의 σxx→0, σxy 우세 거동과 Hall 비저항 양자화(정수/분수 양자 Hall 효과, 란다우 준위·채움수·2DEG 개념 포함) 구조 정리 • p-n 접합·Schottky 장벽·다이오드 소자: p-n 접합·금속–반도체 접촉에서 결핍층·내장 전위 형성과 순·역바이어스에 따른 정류 특성, 태양전지·광검출기에서 광여기 운반자 분리 메커니즘 요약 • 이질구조·n–N 접합·발광소자: 밴드 정렬 타입(I/II/broken gap)과 이질구조·n–N 접합에서의 2DEG·고이동도 형성 원리, 이를 이용한 반도체 레이저(밀도반전·캐비티)와 LED(띠간격–발광파장 관계, 재료계) 동작 개념 정리 |
||
| 18장. 나노구조 | ||
|
[24강] 나노구조 (1)
|
0:
44:
41
|
|
|
나노구조 영상기술과 저차원 나노구조 개요 요약
• 저차원 나노구조 개념·특성: 0D/1D/2D 나노구조 차원 분류와 표면 원자 비율 증가·양자화에 따른 전기·열·광학·자기 물성 변화 및 수소 저장·촉매 응용 정리 • 나노구조 제작·표면 지표: Top-down/Bottom-up 나노 제작 공정 비교와 나노입자 반지름·격자 상수에 따른 표면 원자 비율(b ≈ 3a/r) 정의 및 기능성 재료 설계 활용 • 나노 영상·분석 기술: 초점 탐사법(TEM, SEM, 광학 현미경)과 훑기 탐사법(STM, AFM, NSOM, SCM 등)의 원리·해상도·시료 조건·측정 물리량 비교를 통한 원자·나노 스케일 구조·물성 파악 |
||
|
[25강] 나노구조 (2)
|
0:
43:
08
|
|
|
1차원 나노구조의 전자구조와 양자 전도, 공명 터널링
• 1차원 전자구조·상태밀도: 유효질량 근사에서 서브밴드(버금띠) 분산과 1차원 상태밀도 발산, 반 호프 특이점 및 광학 스펙트럼(흡수·발광 피크) 구조 정리 • 1차원 금속 상호작용·위상: 페르미면 축소에 따른 비-Fermi 액체(Luttinger 액체) 거동, 에너지 불확실성의 선형 의존, 살창 왜곡에 의한 Peierls 불안정성과 금속–반도체 전이 메커니즘 정리 • 양자 수송·터널링: Landauer 공식에 따른 전도도·저항 양자와 접촉저항, 단일/이중 장벽에서의 투과도와 공명 터널링 조건, 불투명 장벽에서 Breit–Wigner형 투과 스펙트럼과 선폭(붕괴률) 해석 |
||
|
[26강] 나노구조 (3)
|
0:
40:
10
|
|
|
1차원 나노구조에서의 전기적 수송: 결어긋남, 국소화, 전압 프로브, Aharonov-Bohm 효과
• 1차원 양자 수송과 저항 구조: 양자화된 접촉저항·장벽 내부저항·후방산란 평균자유행로·국소화 길이를 이용해 저항을 표현하고, 무질서와 코히런트 산란에 따른 길이 비례/지수적 저항 증가와 3차원 옴의 법칙과의 차이를 정리 • 다단자 수송 이론과 전압 프로브: Landauer-Büttiker 공식, 단자 간 투과확률 행렬, I_N=0 조건에서의 전압 가중평균식, 측정 프로브 결합 세기·비이상성에 따른 전류 분배·유효 저항 변화 분석 • 위상 간섭과 Aharonov-Bohm 효과: 링 구조에서 자기 플럭스에 따른 위상 변화와 간섭 조건, 전도 요동과 주기적 컨덕턴스 진동, 코히런트 길이와 1차원/나노 구조에서의 위상 민감 전기 수송 특성 정리 |
||
|
[27강] 나노구조 (4)
|
0:
34:
15
|
|
|
0차원(양자점) 계의 전자구조와 전하 양자화 개념 정리
• 0차원 양자점 전자구조: 구형 포텐셜 우물에서 양자수(n,l)로 구분되는 이산적 껍질 구조(1s, 1p, 1d …) 형성, 반도체·금속 양자점 모두에서 에너지 준위 양자화 및 평균 준위 간격 규모 비교(반도체 ≫ 금속) • 반도체·금속 양자점의 광학/집단 모드: 반도체 양자점에서 크기 감소에 따른 밴드갭 증가와 흡수/발광 파장 청색 이동(양자구속 효과), 금속 양자점에서 매직 넘버 전자배치와 구형 금속 나노입자의 표면 플라스몬 공명 진동수 ω_sp=ω_p/√3 및 크기 의존적 색 변화 • 전하 상태 양자화·충전 에너지·콸롱 블로케이드: 전기적으로 고립된 양자점에서 충전 에너지 U=e²/C에 따른 이산적 전하 상태 형성, 게이트 전압으로 조절되는 단전자 추가 화학퍼텐셜과 전도/비전도 조건, U≫k_BT 및 접촉 저항 R≫h/e²에서 콸롱 블로케이드와 단전자 전송 메커니즘 정립 |
||
|
[28강] 나노구조 (5)
|
0:
55:
20
|
|
|
나노구조에서의 0차원 수송과 떨기·열적 특성 핵심 정리
• 0차원 양자점 전하 수송: 에너지 준위 양자화·충전 에너지 기반 쿨롱 봉쇄·쿨롱 진동, 단일 전자 트랜지스터, 다이아몬드 패턴, Mott 절연체 유사 거동·Kondo 효과, 초전도 전극과 쿠퍼쌍 경쟁을 통한 전도 특성 해석 • 나노구조 격자 떨기 모드: 탄소 나노튜브 RBM·둘레/축/가로 모드의 양자화, 세로(ω∝k)·가로(ω∝k²) 분산관계, 나노튜브·막대·캔틸레버 공진 주파수와 라만 분광을 이용한 반지름·길이·기계적 응답 설계 • 1차원 phonon과 열수송: 나노 구조에서의 phonon 서브밴드 형성과 저온 1차원 열용량·열전도(C_V, κ ∝ T) 전이, Debye T³ 법칙과의 비교를 통한 나노 열전달·양자 열수송 특성 정량화 |
||
| 19장. 비정질 고체 | ||
|
[29강] 비정질 고체
|
1:
11:
52
|
|
|
비정질 고체: 구조, 유리, 비정질 자성·반도체, 저온 들뜸, 섬유광학
• 비정질 고체 구조·산란 특성: 장거리 무주기 구조와 단거리 질서, 지름 분포함수 g(r)–구조인자 S(k) 관계, 유리화 SiO2의 자카리슨 랜덤 네트워크 모델 및 포논 산란·짧은 평균 자유행정에 따른 낮은 열전도율 • 유리·점성·들뜸 특성: 유리 전이온도 Tg와 점성–호핑 활성화 에너지 관계, 비정질 고체의 2준위계에 따른 저온 비열(CV = C1T+C3T³) 특성, 비정질 강자성 합금의 등방성·낮은 보자력·용융-스핀 공정과 비정질 반도체의 밴드꼬리·국소화 상태·dangling bond 수소 수동화 및 응용 • 섬유광학·감쇠 메커니즘: 유리 광섬유의 코어–클래딩 전반사 전파 구조, 파장에 따른 Rayleigh 산란(λ⁻⁴), 불순물·격자 진동 흡수에 의한 감쇠 스펙트럼과 1.3–1.55 μm 저손실 대역 및 Er-도핑 증폭 활용 |
||
김진배 교수님
고체물리학Ⅱ
