Crystal growth & X-ray diffraction, Structure transition of BaTiO3 예비보고서

소개글

물리학과 4학년 실험과목에서 제가 작성했던 보고서입니다.
정말 최선을 다해서 보고서를 작성했고
그결과 성적은 A+받았습니다.

목차

1. 실험목적
2. 관련이론
3. 실험방법

본문내용

실험목적
Crystal growth & X-ray diffraction 실험을 통해 X-ray 회절 분석기의 원리에 대해 이해하고 BaTiO_3, SrTiO_3, CaTiO_3 세 시료를 X-ray 회절분석기로 분석하여 회절각을 측정한다. 측정한 회절각을 통해 각 시료의 격자형태를 알 수 있다.
Structure of BaTiO_3 실험을 통해 강유전체와 perovskite 구조와 상전이에 대해 이해한다. BaTiO_3 시료의 온도를 올려주면서 유전율을 측정하여 실제로 상전이가 일어나는 것을 확인한다.

관련이론
[1] X-ray 회절
X-ray 회절이란 X-ray가 결정 격자에서 회절이 일어나는 현상이다.
X-ray 회절은 ‘결정 내의 원자가 규칙적으로 배열되어 있다면 그 원자 간의 거리가 X-ray의 파장과 비슷하므로 X-ray가 회절 될 것이다’ 라는 생각에서 시작된 결정구조 해석법이다.
[2] Bragg’s Law
결정에 일정한 파장의 전자기파를 입사하면 특정 입사각에서 반사가 크게 일어나고 다른 각에서는 반사가 거의 일어나지 않는다. 이는 결정 내부의 원자에 의해 반사된 전자기파가 보강간섭과 상쇄간섭을 일으키기 때문이다.

위의 그림과 같이 결정에 전자기파가 입사했을 때 두 전자기파의 경로차가 빛의 파장의 정수배이면 전자기파는 회절한다. λ를 빛의 파장, n은 정수라고 하면 다음과 같은 식을 만족한다.
(FG) ̅+(GH) ̅=nλ (1)
(FG) ̅=dsinθ (2)
2 dsinθ= nλ (3)
따라서 식(3)을 Bragg condition이라고 하고 이를 만족하면 전자기파가 회절한다.
[3] 톰슨 산란
특정한 에너지의 전자기파가 원자에 입사될 때 높은 확률로 원자핵에 의해 산란되기 보다는 궤도전자에 의해 산란된다. 이때 초기 입사된 파장이 산란된 광선의 파장과 같을 때를 톰슨 산란이라고 한다. 톰슨 산란은 에너지 교환이 없는 완전 탄성 산란이다.

참고 자료

Charles Kittel, 고체물리학 (범한서적주식회사, 2016), p. 25-42, 469-480
X-ray crystallography: Wikipedia, en.wikipedia.org/wiki/X-ray_crystallography (accessed April, 11, 2019)