Abstract - First-principles calculations for point defects in solids (Christoph Freysoldt, et al.)

Point defects and impurities strongly affect the physical properties of materials and have a decisive impact on their performance in applications. 
decisive [dɪ|saɪsɪv]: If a fact, action, or event is decisive, it makes it certain that there will be a particular result. -> 만약 어떤 사실이나 행위 또는 사건이 decisive한다면, 특별할 결과가 있을 것을 확실히 한다. -> 결정적인
If someone is decisive, they have or show an ability to make quick decisions in a difficult or complicated situation. -> 약 누군가가 decisive하다면, 그들은 어떤 능력을 가지고 있거나 보여주는데, 어렵거나 복작한 상황에서 빠른 결정을 해내는 능력을 가지고 있거나 보여준다. -> 결단력 있는
포인트 디펙트와 불순물은 물질의 물리적인 성질에 강하게 영향을 미친다. 그리고 응용에 있어 결함과 불순물이 이뤄내는 성과에서 결정적인 영향력을 가지고 있다.

First-principles calculations have emerged as a powerful approach that complements experiments and can serve as a predictive tool in the identification and characterization of defects.
emerge [i|m3:rdƷ][i|m3:dƷ]: If a fact or result emerges from a period of thought, discussion, or investigation, it becomes known as a result of it. -> 만약 어떤 사실이나 결과가 emerge하면, 생각, 논의 또는 조사 기간에서 emerge하면, 그것은 그런 것들의 결과로서 알려진다. -> 드러나다. 알려지다.
complement (verb[美|kɑ:mplɪment])(noun[美|kɑ:mplɪmənt]): If one thing complements another, it goes well with the other thing and makes its good qualities more noticeable. -> 한 가지가 다른것을 complement한다면, 그것은 다른 그것과 잘 어울려서 진행되고 좋은 질이 더욱 두드러지도록한다. -> 보완하다. 덧붙이다.
Something that is a complement to something else complements it. -> 그 밖의 어떤 것에 대한 complement인 뭔가는 그것에 금상첨화격으로 덧붙인다. -> 보완물, 금상첨화격 요소.
제일원리 계산은 실험을 보완하는 강력한 접근법으로 알려져 왔다. 그리고 결함의 식별과 정의하는 일에 있어서 예측하는 도구로서 기여할 수 있다.

The theoretical modeling of point defects in crystalline materials by means of electronic-structure calculations, with an emphasis on approaches based on density functional theory (DFT), is reviewed. 
crystalline [|krɪstəlaɪn]: A crystalline substance is in the form of crystals or contains crystals. -> crystialline 물질은 크리스탈의 형태에 있는 것이나 크리스탈을 포함하는 물질이다. -> 크리스털 같은, 수정같은
Crystalline means clear or bright. -> crystalline은 깨끗하거나 빛나는 것을 의미한다. -> 수정같이 맑은.
밀도 범함수 이론를 기초로 한 접근법을 주안점으로 전자구조 계산 방법을 사용해서 크리스탈 같은 물질에 있는 점 결함의 이론적인 모델링을 검토하였다.

A general thermodynamic formalism is laid down to investigate the physical properties of point defects independent of the materials class (semiconductors, insulators, and metals), indicating how the relevant thermodynamic quantities, such as formation energy, entropy, and excess volume, can be obtained from electronic structure calculations. 
relevant [|reləvənt]: Something that is relevant to a situation or person is important or significant in that situation or to that person. -> 어떤 상황이나 어떤 사람에게 relevant한 뭔가는 중요하거나 특별한 의미가 있는데, 그러한 상황이나 그러한 사람에게 있어 중요하거나 특별한 의미가 있다는 말이다. -> 의의가 있는, 유의미한, 의미가 있는
The relevant thing of a particular kind is the one that is appropriate. -> 어떤 특별한 종류에서 relevant한 것은 적절한 것이다. -> 적절한, 관련 있는
일반적인 열역학적인 형식성이 규정되어 있는데, 물질 계층(반도체, 부도체, 그리고 금속)와 독립적인 포인트 디펙트의 물질적인 특성을 조사하기 위해서이다. 형성 에너지, 엔트로피, 그리고 과잉 체적과 같은 관련 있는 열역학적인 물리양이 어떻게 전자구조 계산으로 부터 얻을 수 있는지를 나타내면서 열역학적인 형식성이 저변에 깔려 있다.

Practical aspects such as the supercell approach and efficient strategies to extrapolate to the isolated-defect or dilute limit are discussed. 
extrapolate [ɪk|strӕpəleɪt]: If you extrapolate from known facts, you use them as a basis for general statements about a situation or about what is likely to happen in the future. -> 만약 당신이 알려진 사실들로부터 extrapolate한다면, 당신은 그 사실들을 기반으로 사용하는데, 미래에 어떤 일이 일어날 것 같은지에 대해서나 어떤 상황에 대해서 일반적인 진술을 위한 기반으로서 사용한다. -> ..을 기반으로 추론하다.
초격자 접근과 같은 실용적인 면과 그리고 고립된 디펙트 또는 희석 한계를 추론하기 위한 효율적인 전략이 논의되었다.

Recent advances in tractable approximations to the exchange-correlation functional (DFT + U, hybrid functionals) and approaches beyond DFT are highlighted. 
tractable [|trӕktəbl]: If you say that a person, problem, or device is tractable, you mean that they can be easily controlled or dealt with. -> 만약 당신이 어떤 사람이나, 문제, 또는 어떤 장치가 tractable하다고 말한다면, 그 의미는 그런 것들이 쉽게 조정할 수 있고 다룰 수 있다는 것을 말한다. -> 다루기 쉬운.
교환-상관 함수(DFT + U, 하이브리드 범함수)에 대한 다루기 쉬운 근사법에서 최신 진보와 밀도범함수를 뛰어넘는 접근법들이 강조되고 있다.

These advances have largely removed the long-standing uncertainty of defect formation energies in semiconductors and insulators due to the failure of standard DFT to reproduce band gaps. 
이러한 진보들이 밴드갭을 재생산하기 위한 표준 밀도범함수 이론의 실패 때문에 반도체와 부도체에서의 디펙트 형성에너지에 대한 긴 세월동안 문제가 된 불확정성을 크게 없앴다.

Two case studies illustrate how such calculations provide new insight into the physics and role of point defects in real materials.
두 사례 연구는 어떻게 그런 계산들이 새로운 통찰력을 물리에 심어주는지, 그리고 어떻게 실제 물질에서 점 결함의 역할을 분명히 보여준다.

Web Journey with Formation Energy

Formation Energy에 대해서 개념을 찾다가 눈에 띄는 내용을 발견했습니다.

.. So what does this “formation energy” mean? ..
"형성에너지"란 뭘 의미하나요?

The formation energy is the difference in the total crystal energy before and after the defect arises. It represents the penalty in broken atomic bonds and in lattice stress. Opposing this energy penalty, however, is the increase in entropy because a crystal containing a defect has more possible microstates than a perfect crystal. Does this help?
형성에너지는 결함이 일어나기 전과 후의 총 결정 에너지 차이를 말한다.
그 차이는 깨진 원자 결합에 대한 대가를 나타내고, 그리고 겨자 스트레스에 대한 대가를 의미한다.
그러나 이 에너지 대가와는 대립되는 것이 엔트로피 증가이다.
왜냐하면 결함을 포함하는 결정은 완전 결정체보다 마이크로 상태가 더 많을 가능성을 가지기 때문이다.

Reference https://www.physicsforums.com/threads/what-is-the-formation-energy-of-a-defect-what-does-it-mean-in-physics.292204/

The first Sentence - the Drude Theory of Metals - Solid State Physics (Ashcroft Mermin)

Ashcroft Mermin 고체역학 책에서, the Drude Theory of Metals 장 첫번째 문장입니다.
저자가 어떻게 스타트를 끊고 있는지 보겠습니다.

Metals occupy a rather special position in the study of solids, sharing a variety of striking properties that other solids (such as quartz, sulfur, or common salt) lack. 

이 문장에서 적절한 단어뜻을 살펴 보겠습니다.
rather [|rӕðər][|rɑ:ðə(r)]: You use rather to indicate that something is true to a fairly great extent, especially when you are talking about something unpleasant or undesirable. -> 뭔가가 꽤 중대한 정도로 사실임을 보여주기 위해서 rather을 사용한다. 특히 뭔가 유쾌하지 않거나 달갑지 않은 것에 대해서 이야기할 때 rather을 사용한다. -> 꽤, 상당히 
striking [|straɪkɪŋ]: Something that is striking is very noticeable or unusual. -> striking 하는 뭔가는 아주 뚜렷하고 흔치 않게 특이하다. -> 두드러진, 현저한, 눈에 띄는 
quartz [kwɔ:rts][kwɔ:ts]: Quartz is a mineral in the form of a hard, shiny crystal. It is used in making electronic equipment and very accurate watches and clocks. -> Quartz는 딱딱하고 빛이 나는 수정형태로 있는 한 광물을 말한다. quartz는 전자 장비와 매우 정말한 손목시계와 벽시계를 만들때 사용된다. -> 석영 

sulfur [sʌ́lfər]: 황, 유황, 원자 번호 16번 원자(S) 

common salt : 일반 소금 

메탈, 금속은 고체 연구에 있어서 꽤 특별한 위치를 차지한다. 석영, 황, 일반 소금과 같은 고체들이 가지고 있지 않은 다양한 두드러진 특징을 공유하면서 금속은 고체 연구에 있어서 꽤 특별한 위치를 차지한다. 


왜 금속을 첫 장부터 공부해야하는지를 당위성을 말해주고 있는 듯 합니다.
금속이 가진 특징이 다른 고체들과는 다르게 독득함이 있음을 느끼게 합니다.
앞으로 저자가 금속이 어떤 특징이 있는지를 말해 줄 것 같습니다.
그리고 중요한건 금속이 왜 이렇게 특별한 특징을 가지는지 이유에 대해서 설명할 것 같습니다.

Shallow donor

위키피디어에서 가져온 영어 컨텐츠입니다.

A shallow donor refers to a donor that contributes an electron that exhibits energy states equivalent to atomic hydrogen with an altered expected mass i.e. the long range coulomb potential of the ion-cores determines the energy levels. 
'얕은 기부자'란 수소 원자와 동등한 에너지 상태를 보이는 전자 한개를 기증하는 '기부자'를 나타낸다. 그 수소 원자는 바뀐 그리고 예상된 질량을 가진다. 즉, 이온 중심의 긴 범위 쿨롬 포텐셜이 그 에너지 준위를 결정한다.

Essentially the electron orbits the donor ion within the semiconductor material at approximately the bohr radius. This is in contrast to deep level donors where the short range potential determines the energy levels, not the effective mass states. This contributes additional energy states that can be used for conduction.

본질적으로 그 전자는 반도체 물질 안에서 그 '도너 이온' 주위를 대략 보어 반경으로 돈다. 이 같은 사실은 '깊은 레벨 기부자들'과는 대조적인데 '깊은 레벨 기부자'는 그 유효 질량 상태가 아니라 짧은 범위 포텐셜이 에너지 준위들을 결정한다. '얕은 기부자'는 전도를 위해 사용할 수 있는 추가적인 에너지 상태들에 공헌한다.

Introducing impurities in a semiconductor which are used to set free additional electrons in its conduction band is called doping with donors. In a group IV semiconductor like silicon these are most often group V elements like arsenic or antimony. However, these impurities introduce new energy levels in the band gap affecting the band structure which may alter the electronic properties of the semiconductor to a great extent.

반도체 안에 불순물을 주입하는 것을, 그 반도체는 그 전도 띠 안에서 추가적인 전자들을 해방시키곤 하는데, '기부자'로 인한 도핑이라고 부른다.

실리콘과 같은 4 그룹 반도체 안에 있는 불순물은 비소나 안티몬과 같이 가장 빈번히 사용되는

 5족 원소이다.

그러나 이러한 불순물들은 띠 구조에 영향을 주는 띠간격에서 새로운 에너지 준위를 만든다. 띠 구조에 영향을 준다는 건, 큰 규모로 반도체의 전자 활동에 의한 속성들을 변경하기도하는 영향력이다.

Having a shallow donor level means that these additional energy levels are not more than 3 k_b T (0.075 eV at room temperature) away from the lower conduction band edge. This allows us to treat the original semiconductor as unaffected in its electronic properties, with the impurity atoms only increasing the electron concentration. A limit to donor concentration in order to allow treatment as shallow donors is approximately 1019 cm−3.

Energy levels due to impurities deeper in the band gap are called deep levels.

'얕은 기부자' 레벨을 가진다는 건 이러한 추가적인 에너지 레벨들이 3k_bT(일상적인 온도에서 0.075 eV)보다 크지 않다. 그리고 전도 띠 가장자리로부터 벗어나 있다.

이 사실은 우리가 원래의 반도체를, 단지 전자 농도를 증가시면서 전자 불순물 원자들과 함께, 

그것의 전자적인 특성에 영향받지 않는 것처럼 다룰 수 있게 해준다. 

'얕은 기부자'로서 처리하도록 하기 위해서 도너 농도 제한은 대략 1019 cm-3이다.

띠 간격에서 더 깊은 불순물 때문에 생긴 에너지 준위들을 '깊은 준위'이라고 부른다.

에구, 한글로 해석해 놔도 도통 이해하기 쉽지 않네요.