고성능의 거대한 유전율을 만들기 위한 전자로 고정된 결함 이중극

이번 논문 제목은, "Electron-pinned defect-dipoles for high-performance colossal permittivity materials" 입니다. - PUBLISHED ONLINE: 30 JUNE 2013 | DOI: 10.1038/NMAT3691, Nature Materials에 실린 논문입니다.

먼저 제목부터 살펴 보겠습니다.  생소한 용어 들이 많아 배경 지식이 필요할 것 같습니다.
(1) Electron-pinned
pinned라는 핀으로 고정시킨이라는 뜻으로 생각해 보면, 무엇인지 모르지만 어떤 힘이나, 에너지, 물리적인 뭔가로 고정된 전자를 말하는 듯합니다. 또는 '전자로 고정된' 이라는 형용사적인 용어일 것 같기도 합니다. 뒤에 defect-dipoles라고 명사가 있으니 후자의 뜻이 자연스러워 보입니다.
(2) defect-dipoles
'결함 이중극'이라고 번역할 수 있겠는데, 결함 때문에 생기는 +전하와 - 전하가 약간의 간격을 두고 떨어져 있으면서 양극을 이룬 것을 defect-dipole이라고 여겨집니다.
(3) high-performance
흔히 차나 어떤 기계 액션을 만드는 주체가, 빨리 생산하거나 많이 생산해 내는 것을 hight-performance라고 부릅니다. 우리 말로 하면 '고성능'이라는 뜻이겠습니다.
(4) colossal [kə|lɑ:sl][kə|lɒsl]로 한국말로 [컬라:슬]비슷한 발음입니다. 뜻은 거대한, 엄청난 이라는 뜻입니다.
(5) permittivity
[pə́:rmitívəti]발음으로 [퍼:ㄹ미티버티]유사하게 읽으면 되고, '유전율'을 말합니다. 구글 사전에서는 'the ability of a substance to store electrical energy in an electric field.'- '어떤 전기장에서 전기적인 에너지를 저장하는 물질의 능력'이라고 설명하고 있습니다. 유전율이 크다는 것은 같은 전기장을 받아도 상대적으로 더 많은 전기에너지를 저장할 수 있다라고 이해할 수 있습니다.
그래서 high-performance colossal permitivity를 '고성능을 가진 엄청 큰 유전율'이라고 하고, 제목을 한글로 "고성능을 가진 엄청 큰 유전율을 만들기 위한 전자가 고정된 결함 이중극'으로  붙여 봅니다. 반대반향으로 해석하면 전자로 고정되어 다이폴을 이룬 결함이 큰 고성능 유전율을 만든다라고 생각해 볼 수도 있을 것 같습니다.

초록을 살펴보도록 하겠습니다.
첫번재 문장이,
"The immense potential of colossal permittivity (CP) materials for use in modern microelectronics as well as for high-energydensity storage applications has propelled much recent research and development." 입니다.
생소한 단어 부터 알아 보겠습니다.
immense는 형용사로 '어마어마하다'라는 뜻으로 [ɪ|mens][이멘스] 라고 발음합니다. 19세기 말부터 사용빈도가 현저하게 줄어드는 추세입니다. 현재는 0.00100%보다 조금 높은 비율로 사용되는 단어입니다. microelectronics: '초소형 전자 공학 기술', high-energydensity: '높은 에너지 밀도'로 한글로 풀어 적을 수 있겠습니다. 에너지 밀도라는 개념이 되게 추상적이네요. 특정 site(장소, 구역)에, 즉 특정 공간 위치에서 에너지가 높다라는 것을 말하는 것이 아닐까라고 추측해 봅니다.
propelled [prə|pel]은 propel의 과거 분사로 쓰이고 있습니다. '뭔가를 어떤 특정 방향으로 propel한다면, 그것을 그 방향으로 움직이게끔 한다'라는 뜻을 가집니다. 그리고 '만약 뭔가가 당신을 특별한 행동으로 propel한다면, 그 뭔가가 당신을 그 특별한 행동을 하도록 야기시킨다'라는 뜻도 됩니다. 한글말로 표현해 보면, '사람을 특정 상황이나 방향으로 몰고 가다', '앞으로 가게 하다'입니다.
'어마어마한 전기 퍼텐셜 에너지'가 주체가 됩니다. 더 구체적으로 '거대한 유전율을 가진 물질의 어마어마한 전기 퍼텐셜 에너지'가, 더 구체적으로는 '현대 초소형 전자공학 기술공학에서뿐만 아니라 높은 에너지밀도 저장장치를 위한 거대 유전율을 가진 물질의 엄청난 전기 퍼텐셜', 그래서 '이 주체가 많이 최근 연구개발 방향으로 몰아가고 있다.'라고 해석할 수 있겠습니다.

그 다음 문장이,
"Despite the discovery of several new classes of CP materials, the development of such materials with the required high performance is still a highly challenging task." 인데, 해석해 보면,
"거대 유전율을 가진 물질들의 새로운 분류들이 몇몇 발견 되었음에도 불구하고, 그러한 고효율이 요구되는 물질의 개발은 여전히 매우 도전적인 임무이다."  고효율로 만드는 것이 큰 의의가 있음을 시사하고 있습니다.

세번째 문장입니다. 구체적으로 이 논문의 목적을 알려주고 있습니다.
"Here, we propose a new electron-pinned, defect-dipole route to ideal CP behaviour, where hopping electrons are localized by designated lattice defect states to generate giant defect-dipoles and result in high-performance CP materials." - "이 논문에서 우리는 새로운 전자로 고정된, 이상적인 거대 유전율 작용을 보이는 이중 결함 방법을 제시하고 있다. 깡총깡총 뛰는 전자들이 지명된 격자 결함 상태로 국소화되는 곳에서, 거대한 이중 결함들을 만들어내고 고성능 거대 유전율 물질을 만들어 내는 전자로 고정된 이중 결함 방법을 제안한다."

"We present a concrete example, (Nb+In) co-doped TiO2 rutile, that exhibits a largely temperature- and frequency-independent colossal permittivity (>104) as well as a low dielectric loss (mostly <0:05) over a very broad temperature range from 80 to 450 K." -
"구체적인 예를 제시합니다. (Niobium 과 Indium)가 공동으로 투여된 이산화티타늄 러타일을 구체적으로 예로 제시한다. 이것은 아주 온도와 상관없고, 주파수와도 상관없는 거대 유전율(104 초과)도 보여준다. 뿐만 아니라 낮은 유전체 손실를 보여주기도 한다. 매우 넓은 온도 범위 80 켈빈에서 450 켈빈까지의 온도 범위에서 그러한 현상(온도와 독립적, 주파수와 독립적, 낮은 유전체 손실)을 보여주고 있다." 해석을 하면 이런 뜻이 되는데, Nb+In이 마약같이 주입된 TiO2 루타일 구조가 바로 이 논문에서 찾고자 하는 성질을 가진 물질이라고 말하고 있습니다. 거대 유전율과 낮은 유전손실을 가지는데, 온도와 주파수에 영향을 미치지 않는 거대유전율을 가지고, 유전 손실이 낮아서 성능이 높다라는 걸 말해주는 것 같습니다. 필요하면 구체적인 용어에 대해서 더 살펴 봐야 겠습니다.

먼저는 나머지 초록 문장을 보도록하겠습니다. 다섯번째 문장이,
"A systematic defect analysis coupled with density functional theory modelling suggests that ‘triangular’ In3+2 V..O Ti3+ and ‘diamond’ shaped Nb5+2 Ti3+ATi (A=Ti3+/In3+/Ti4+) defect complexes are strongly correlated, giving rise to large defect-dipole clusters containing highly localized electrons that are together responsible for the excellent CP properties observed in co-doped TiO2."
"조직적인 결함 분석, 밀도 범함수 이론 모델링이 투입된 조직적인 결함 분석이 제안하기를  '삼각형의' In3+2 V..O Ti3+ 와 '다이아몬드'모양을 가진 Nb5+2 Ti3+ATi (A=Ti3+/In3+/Ti4+) 결함 단지가 강하게 상호작용하고 있다. 큰 결함 다이폴 클러스터를 만들어 내면서 상호작용을 하고, 매우 국소화 된, 어떤 영역에 갇힌 전자들을 포함하는 이중결함 클러스터를 만들어 내는데, 그 전자들이 함께 공동 도핑된 TiO2에서 훌륭한 거대유전율 속성을 가지게하는 원인이 된다."
국소화된 전자가 중요한 대상이 되는 것처럼 느껴집니다. 클러스터(clusters)는 조밀하게 모여 있는 무리라는 뜻을 가지고 있습니다. 단지(complexes)는 뭔가가 집단을 이루고 있는 특정 구역이라고 해석하면, 결함 다이폴 무리들이 생성되고 생성되고, '삼각형'모양과 '다이아몬드'모양으로 이뤄진 공동 도핑 이산화티타늄(co-doped TiO2) 결함단지가 결함 다이폴 무리들 만는 것으로 이해할 수 있습니다. 여튼 중요한건 매우 국소화된 전자들을 포함하는 큰 결함 다이폴 무리들이 거대 유전율 속성의 원인이 된다라는 사실입니다.

마지막 문장이,
"This combined experimental and theoretical work opens up a promising feasible route to the systematic development of new high-performance CP materials via defect engineering."
feasible 단어를 알아보겠습니다. 발음이 [|fi:zəbl][ˈfēzəb(ə)l]로 한국 발음으로 표현 해 보면 [피:저블]와 비슷합니다. 만약에 뭔가가 feasible 하다면, 그 뭔가가 될 수 있거나, 그 뭔가가 만들어 질 수 있거나, 그 뭔가가 성취될 수 있다라는 뜻을 가지고 있습니다. 한국말로는 '실현가능한'이라는 의미를 내포하고 있습니다.
promising 은  [|prɑ:mɪsɪŋ][ˈpräməsiNG]으로 발음하는데 [프라:미싱]과 비슷합니다.
뜻이, promising한 누군가는 또는 뭔가는 매우 좋게 보이거나 성공적인 것처럼 보인다라는 뜻입니다. 한국말로는 '조짐이 좋은', '유망한', '장래가 촉망되는'이라는 뜻으로 볼 수 있습니다.
그래서 이 문장을 해석해 보면, "'실험과 이론이 합작된 일'가 주체가가 됩니다. 그래서 그 주체가 유망한 실현가능성이 있는 길을 연다.
어떤 길을 여냐면, 체계적인 개발의 길인데, 결함 공학 기술을 통하여서 새로운 고성능 거대 유전율 물질을 위한 체계적인 개발를 향한 유망하고 실현가능한 길을 '실험과 이론이 합작된 일'이 열고 있다.", 다소 상투적인 말이 아닐까 생각이 듭니다.

그림과 그래프를 살펴보겠습니다.

그림 제목이 "Figure 1) Frequency dependences of the dielectric properties." 입니다.
그림 1) 진동수 의존성에 따른 유전 성질 - 진동수에 따라서 물질의 유전율이 어떻게 달라지는지 보여주는 그림입니다. dielectric 은 절연체, 연결을 짜르는 물체라고 생각해 봅니다. 그래서 소리전달, 열전달 을 못하게 하는 물체, 특히 전기 전달을 못하게 물체를 절연체라고 합니다. 아주 전달을 못하도록 하는 상황은 이상적인 경우이고, 현실적인 측면에서 설명하면 전달성이 아주 형편없는 수준을 가진 물질도 절연체라고 부릅니다. 그 전달성에 관한 기준은 애매할 듯합니다.
하여튼, 그림에서 눈에 띄는건, (Nb + In) 농도가 높아져서 10%가 되었을 때, 유전율도 높고, 진동수 10^5Hz까지 진동수 영향을 거의 받지 않음을 볼 수 있습니다.
그림 설명 그 다음 문장에서,
"Dielectric permittivity and dielectric loss tangent (tan δ) of (Nb+In) co-doped rutile TiO2 at room temperature." -> "유전체 유전율과 유전체 손실 탄젠트, 즉 실온에서 TiO2 러타일에 (Nb+In)을 공동 도핑한 (Nb+In)가 이루는 각도  δ가 의미하는 유전체 손실." 문장이 아닌 주체만 길게 표현한 문구인것 같습니다. 동사를 찾을 수 가 없네요. '손실 탄젠트' 개념을 더 자세히 알 필요가 있을 것 같은데, 본문 내용에서 나중에 알아봐야겠습니다.

현대 관점에서는 틀렸지만 지금도 사용되는 훌륭한 고전 금속 모델들

Even the earliest models though strikingly wrong in some respects remain when properly used of immense value to solid state physicists today.
- Ashcroft Mermin 고체 역학

immense [ɪ|mens]: If you describe something as immense, you mean that it is extremely large or great. -> 만약 당신이 뭔가를 immense로 묘사한다면, 극단적으로 엄청나게 크거나 많다는 것을 의미한다. -> 엄청난, 어마어마한

심지어 일찍이 선보였던 모델들은 몇몇 관점에서는 현저하게 잘못된 것이었지만, 오늘날 고체 물리학자들에게 적절히 사용되는 어마어마한 가치로 남아 있다.

아나타제 이산화 타이타늄안에 있는 고유결함에 대한 제일원리 연구 - 리뷰(Review)

제목이, "First-principles study of native defects in anatase TiO2" 입니다. - PHYSICAL REVIEW B 73, 125205 (2006)

초록(Abstract) 내용을 보면서 어떤 이야기를 하고 있는지를 가늠해 보겠습니다.
제목에서 눈에 띄는 용어가 'native defects'입니다. 한글말로는 '고유결함'이라고 말합니다. 먼저 이 고유결함이라는 개념을 생각해 봐야겠습니다. 네이티브 스피커라하면 현지에서 살고 있는 사람들이 쓰는 언어를 사용하는 사람을 말하는 것을 생각해 봤을 때, 외부적으로 결함을 만들어 주지 않아도 원래부터 존재하는 결함을 말하는 것 같습니다.

초록 첫번째 문장에서 어떤 연구분야에 속하는지를 잘 말해주는 듯합니다.
'Native point defects in anatase TiO2 are investigated by using first-principles pseudopotential calculations based on density-functional theory (DFT)'
밀도 범함수 이론을 기본으로 해서 제일원리 수도포텐셜 계산을 수행했네요. 핵심어는 Native point defects 이지만 고체과학에서 TiO2를 주제로 정하고 있습니다. TiO2중에서도 아나타제라는 것을 염두해 둬야겠습니다.

'Antisite defects, namely, Ti-antisite (TiO) and O-antisite (OTi), have high formation energies and are hence unstable. ' 두번재 문장인데, 고유결함과 상반되는 개념을 소개하고 있습니다. 'Antisite defects'인데 '반구역 결함'이라고 스스로 별명을 지어 보았습니다. 다음 문장에 왜 상반되는 지를 알 수 있습니다. 형성에너지와 관련이 있습니다.

세번째 문장입니다. 형성에너지에서 '반구역 결함'과 상이하게 다른 특징을 강조하고 있습니다. 'In contrast, all other fundamental native defects (Tii, Oi, VTi, and VO) have low formation energies.' 해석해 보면, '다른 근본적인 네이티브 결함들(추가된 Ti원자, 추가된 O원자, 제거된 Ti원자, 그리고 제거된 O원자)은 낮은 형성에너지를 가진다.' 고유 결함이 형성에너지가 낮다고 하네요. 그러한 구조로 형성되기가 상대적으로 '반구역 결함'보다는 훨씬 쉽고, 에너지가 낮기 때문에 이런 결함이 될 가능성이 크고, 잘 만들어 지기 때문에 연구할 가치가 있다라고 보면 어떨까 라고 짐작해 봅니다.

다섯번재 문장입니다.
'Interstitial oxygen (Oi) would spontaneously and strongly bind to lattice oxygen, resulting in a neutral O2 dimer substituting on one O site.' - '주입된 산소는 자발적으로 그리고 강하게 격자 산소에 결속 되곤한다. 한개의 산소 구역에서 중성 O2 이합체를 대체하는 결과를 가져오면서 주입된 산소는 자발적이면서도 강하게 격자 산소에 결속 되곤한다.' 왜 조동사 would를 썼는지 의문이 듭니다. 불확실한 가정을 하는 것일까요? 영어 문법을 더 알아 봐야겠습니다.


여섯번째 마지막 문장입니다.
'None of the four low-energy defects have energy levels inside the DFT band gap.' - '
가장 낮은 에너지 순으로 낮은 에너지를 가지는 결함구조 4개는 DFT 에너지 띠 간격 안에서 에너지 레벨을 가지지 않았다.' 여기서 four low-energy defects란 어떤 것을 말하는 걸까요? 문득 위에서 언급한 네이티브 결함들이 떠오르네요. [주입된 Ti원자, 추가된 O원자, 제거된 Ti원자, 제거된 O원자]. 그 이유가 낮은 형성에너지를 가지는 것과 연관이 있는 듯합니다. 형성에너지가 낮아 쉽게 그 4가지 결함들이 생길 수 있고, 그 결함들이 dominant하게 시스템에 에너지에 영향을 주는게 아닐까라는 생각이 듭니다.

아나타제 이산화 타이타늄을 제일원리로 계산해서 전자구조를 살펴보면서 논지를 전개해 나갈 듯합니다. 각 결함 시스템을 보여주는 결정구조 그림이 있을것 같고, 상태밀도, 에너지 밴드갭 그림이 기본적으로 있을 것 같습니다. 형성에너지가 글의 논지에서 중요한 물리적인 양이기 때문에 각 시스템에 대한 형성에너지를 계산해서 그래프를 그려 넣을 것 같습니다. 그래서 왜 형성에너지가 낮은지 설명을 할까요? 본문 내용을 봐야할 것 같습니다.


초록 다음으로 그림들을 살펴 보겠습니다. 첫번째 그림이 그래프 데이터입니다.

그림을 설명하는 코멘트입니다.
"Graphic illustration of thermodynamic growth conditions for TiO2, i.e., the allowed values of the atomic chemical potentials, μTi and μO. "
i.e. 라는 단어를 알아 보겠습니다. 원래 라틴어 id est [id-ést]로 '즉', '다시 말하면'이라는 뜻을 나타냅니다. i.e. 앞 내용은 'TiO2에 대한 열역학적인 성장 조건을 나타내는 그림 설명'입니다. 뒤에 더 구체적인 설명이 뒤따르고 있습니다. '원자 화학 퍼텐셜(Ti 화학 퍼텐셜, O 화학 퍼텐셜)에서 허용된 값들'이라고 그림 제목을 붙이고 있습니다.
세가지 물질에 대해서 직선 그래프를 형성하고 있는데, X축은 티타늄 화학 퍼텐셜 에너지, Y축은 산소 화학 퍼텐셜 에너지, 그래서 직선 위에 있는 (x,y)인 경우에만 열역학적으로 물질을 성장시킬 수 있는다는 의미로 풀이됩니다. TiO2가 제가지 물질의 경우에서, 같은 O 또는 Ti 화학에너지에 대해 낮은 에너지를 가지는 사실을 알 수 있습니다. 그래서 기울기 절대값이 작습니다.

계속해서 따라오는 설명이, "The dot-dashed horizontal and vertical lines indicate the upper bounds determined by the natural phases of Ti and O, respectively. "그림에서 파랑색으로 된 선이 최대값을 나타내는데, 오른쪽 수직으로 -8.5eV 값을 긋는 선이 Ti의 최대 화학 퍼텐셜 에너지, 위쪽 수평으로 -5.3eV 값을 긋는 선이 O의 최대 화학 퍼텐셜 에너지를 나타내는 표시선이라는 뜻인 듯합니다. upper bound가 사전적으로는 '상계'라고 하는데 말이 어렵네요. '상한값'이라고 하면 조금 이해하기 쉬워 보입니다.

위 그림에 대한 마지막 설명문입니다. "Equilibrium growth of TiO2 takes place for μTi and μO lying on the solid line, whereas equilibrium growth of Ti2O3 and TiO takes place for μTi and μO lying in the dashed and dotted lines, respectively." Equilibrium growth(균형 성장)가 직감적으로는 TiO2나 물질이 만들어지는 환경을 말하는데, 여기서 화학 퍼텐셜 에너지로 변수로 둔 것같습니다. 결정 성장과 무슨 관계가 있는지 그리고 결정 성장과 화학퍼텐셜 에너지가 무슨 관계가 있는지 알고 싶어지는 대목입니다. 그림을 예측한대로 각 물질이 만들어지는 조건이 되는 점을 이는 선입니다. 직선을 형성한다는 점이 특이해 보입니다.

원자 구조를 나타내는 그림들이 있습니다. 이 논문에서 다루는 구조들을 나열해 놓고 있습니다.

bulk anatase TiO2
아나타제의 기본적인 구조입니다. 아무런 결함이 없는 이상적인 아나타제 이산화 타이타늄 구조입니다.

Tii 4+
기본 아나타제 이산화 타이타늄에 Ti 원자 하나를 주입시킨 구조입니다.
그런데 왜 원자가가 4+가 된 걸까요? 전자 4개 사라졌다는 건데 어디로 갔을까요? Ti 원자는 원자번호가 22번입니다. [Ar]3d²4s² 로 최외각에 4개의 전자가 있고 이 전자 4개를 떨쳐 내면 4+ 전하 상태가 됩니다. 산소는 최외각에 6개의 전자가 있어서 2개를 더 가지려고 한다고 생각하면, 음.. 추측하기가 어렵네요.
주입된 Ti원자가 5개의 산소 원자와 결합되어 있는 것을 볼 수 있습니다. 주입된 Ti가 위에 있는 산소원자 한개를 자기 쪽으로 끌어 왔습니다. 그리고 주위 Ti 원자들이 벌어지면서 주위가 팽창되는 듯합니다.

VTi 4-
Ti 원자 하나가 제거된 결함의 구조입니다. 이 경우는 전하가 (-4)를 띄고 있습니다. 전자 4개가 어디서 들어 왔는지 의문입니다. Ti 원자 자리가 공백이 되는데 주위 산소 원자들이 서로 멀어지는 현상입니다.

(O2)O
산소하나가 주입된 경우인데 기존에 있던 산소와 결합하면서 dimer로 붙어 있는 구조를 보여주고 있습니다.

VO 2+
산소 원자 한개가 제거된 구조입니다. 전하가 2+로 전자 두개가 제거된 구조입니다.

서론에서 예측한대로 형성에너지 데이터를 그래프로 보여주고 있습니다.

위 그림에서 각각의 결함 구조에 대한 형성에너지를 그래프로 나타나 있습니다. 어떤 공식에 따라서 형성에너지를 도출했는지 점검해 봐야겠습니다. 그리고 Ti-rich와 O-rich 조건에 대해서도 알아봐야 겠습니다.

"The Fermi energy, referenced to the top of the valence band, is all the way to the experimental band gap." 그림 설명 중에 이런 코멘트가 있습니다. 페르미 에너지에 대한 일반적인 설명을 말하는 듯합니다. "밸런스 에너지 밴드 띠에서 가장 높이 있는 에너지 준위를 페르미 에너지인데, 페르미 에너지가 실험적인 밴드갭 에너지까지 도달해갔다" 즉 X좌표에서 0을 밸런스밴드 최고 에너지 준위로 놓고 밴드갭 에너지에 이르기까지 변화시키면서 형성에너지 데이터를 그래프로 그렸다는 의미인 듯합니다. "The vertical dotted line is the calculated band gap at the special k-point." -> 3eV정도가 실험적인 에너지 밴드갭이라고 추정해 봅니다. 그리고 초록색 점선으로 수직으로 그려진 직선을 볼 수 있는데, X축과 만나는 2.25 eV되는 값이 계산으로 도출된 에너지 밴드갭이라고 설명하고 있습니다. 그런데 X축이 페르미 에너지값인데, 외부에서 에너지를 가해주면 이 값도 변하게 되는 걸까요? 그래서 외부에서 2.25 eV정도의 에너지를 가해주면 페르미 에너지도 2.25eV 더 높게 되고, 그래서 형성에너지도 변하게 되는 것일까요? 이런 논리라면 외부에너지가 가해지지 않았을 때, 즉 X축 값이 0eV일때 Tii(주입된 타이타늄이 들어간 결함시스템)이 형성에너지가 제일 낮으니, Tii 결함 구조가 되는 것이 더 쉽고, 2.25eV에서는 Ti-rich에서는 Tii, O-rich에서는 VTi 결함구조가 되기가 쉽다라고 이렇게 해석하면 될까요?

형성에너지에 대해서 테이블로 일목요연하게 정리를 해 주었습니다. 

"For the Ti-rich case, we have taken into account the formation of
Ti2O3, which has a lower energy than the Ti metal." ->
특이한건 Ti-rich 경우, Ti2O3의 형성구조를 고려했다고합니다. 그리고 Ti2O3가 Ti 금속보다도 낮은 에너지를 가진다고 합니다. 최대한 낮은 Ti 에너지를 찾는 과정에서 Ti2O3가 선택된 것 같습니다.

마지막으로 상태밀도 그래프 그림입니다. 밴드갭 그래프가 나올 줄 알았는데, 상태밀도 그래프로 전자 에너지 구조를 표현하고 있습니다.

"Site decomposed electron density of states (DOS)" - 그림 제목이 {분해된 전자 상태 밀도 영역"이라고 붙여 봅니다.
"For each atom center, the local partial DOS in a sphere radius R (Ti:R=1.48 Å and O:R=0.74 Å) is calculated." 두번째 코멘트 문장입니다. "각 원자 중심에서, 구 반경 R 내부에서에의 국소 부분 도스(타이타늄 원자구 반경=1.48 옴그스트롱, 산소 원자구 반경=0.74 옴그스트롱)"

다음은 (a) 그림에 대한 설명입니다.

"(a) Bulk TiO2, where the solid line is the total DOS, the dashed line is the DOS on Ti, and the dotted line is the DOS on O." - 일반적인 아나타제 물질에 대한 도스구조를 나타내고 있습니다. 전체 도스, 타이타늄, 산소에 대한 도스를 그려놓고 있습니다.

"(b)–(e) Native defects where the shaded area is the DOS on the atoms directly related to the defect (scaled up by a factor given in parentheses for clarity) and the solid line is the DOS on the remaining atoms in the supercell." - 그림 (b)에서 (e)까지 4가지 결함 구조에 대한 도스 그래프로 그늘진 부분(빨간색이나 파란색으로 색칠한 부분)이 결함과 직접적인 관련이 있는 원자들에 대한 상태밀도이고, 선으로 그려진 그래프는 슈퍼셀에서 결함과 관련이 없는 남아 있는 원자들에 대한 상태 밀도라고 설명하고 있습니다. 그리고 그림에서 괄호로 표시된 부분은 명료성을 위해서 괄호 안의 숫자만큼 확대되었다라는 것을 말해주고 있습니다. 토탈 도스 그래프는 결함이 있던 없던 거의 비슷한 형태를 이루고 있습니다. 그래서 bulk TiO2와 다른 형태가 있는 부분이 바로 결함의 영향이라고 봐야하겠습니다. 그리고 에너지의 기준이 되는 VBM, 균형 밴드 최대값을 0 eV로 두고 초록색 수직선으로 표시를 해 두었습니다. - "Vertical dash-dotted line indicates the position of the VBM."
3번째, 그리고 4번째 그림이 제일 중요한 데이터로 여겨집니다. 자세한 설명은 논문 본문을 봐야할 것 같습니다.

지금까지 초록과 그림및 테이블 데이터만 가지고 이 논문의 논지를 예측하고 이해해 보려고 했는데, 실제로 본문을 통해서 알아 보도록 하겠습니다.

introduction 소개글에서 문제제기를 던주는 글을 가지고 와봤습니다.
"There is a rich literature describing the attempts to chemically dope TiO2 in order to reduce the band gap, but how to best manipulate the gap while maintaining the beneficial photocatalytic properties is still an unresolved challenge." - "풍부한 문헌이 많이 있다. 어떤 문헌이냐면 밴드갭을 줄이기 위해서 TiO2에 화학적으로 주입하는 시도를 설명하는 문헌들이 많이 있다. 그러나 광촉매 성질의 장점을 유지하면서 밴드갭을 조정하는 최상의 방법은 여전히 풀리지 않은 도전과제로 남아 있다."
이렇게 해석할 수 있겠는데, 이 광촉매 성질을 유지하면서 밴드갭 조정에 대한 도전이 되는 논문이 되겠구나라는 걸 가늠하게 합니다.

Antisite Defects - 규칙적인 공간 배열에서 벗어난 배치때문에 야기되는 결함

Antisite Defects에 대해서 알아보겠습니다.
Anti-site로 site와 구분할 수 있겠는데, 먼저 site라고 하면,  현장, 장소를 말합니다.

site에 대해서 영영사전으로 통해서 알아보겠습니다.
'A site is a piece of ground that is used for a particular purpose or where a particular thing happens.' - '어떤 site란 땅의 한 조각을 말하는데 특별한 목적을 위해서 사용되거나 특별한 일이 일어난 장소를 위해서 사용된다.'
'The site of an important event is the place where it happened.' - '어떤 중요한 사건의 site란 그 사건이 일어난 장소를 말한다.'
'A site is a piece of ground where something such as a statue or building stands or used to stand.' - '어떤 site란 역시 땅의 한 부분을 말하는데 조각상이나 빌딩같은 것들이 세워져 있는 장소나 또는 세우기 위해서 사용되는 장소의 한 부분이다.'
역시 뭔가가 일어나거나 특별한 장소를 site라고 사용하면 될 듯합니다.

다음으로 Anti라는 말을 다시 한번 점검해 보겠습니다. 한국말로는 '안티'라는 말로 악명높게 사용되고 있는 것 같습니다. 그다지 좋은 쪽으로 사용하지 않는데, 일반적으로 '반대하는', '좋아하지 않는' 뜻을 가지고 있습니다만, 중립적인 의미도 있는 것 같습니다.
영영 사전으로는 'Anti- is used to form adjectives and nouns that describe someone or something that is opposed to a particular system, practice, or group of people.' - 'Anti-는 형용사와 명사를 형성하기 위해서 사용되는데, 어떤 사람이나 물건을 묘사할 때 사용된다. 어떤 특별한 시스템이나 관행, 어떤 그룹으로 모인 사람들을 반대하는 사람이나 뭔가를 묘사하는 형용사나 명사를 만들기 위해서 사용된다'. 그래서 반대되는 시스템이라고 여기도록 하겠습니다.

그래서 Anti-site는 기존 관례적인 현장과는 반대되는 현장이라고 해석할 수 있겠습니다. 이렇게해서 Anti-site Defect는 이렇게 규칙적인 공간 배열에서 벗어난 배치때문에 야기되는 결함으로 정의할 수 있겠습니다.

위키피디어에서는 이렇게 설명하고 있습니다.
"Antisite defects occur in an ordered alloy or compound when atoms of different type exchange positions. For example, some alloys have a regular structure in which every other atom is a different species; for illustration assume that type A atoms sit on the corners of a cubic lattice, and type B atoms sit in the center of the cubes. If one cube has an A atom at its center, the atom is on a site usually occupied by a B atom, and is thus an antisite defect. This is neither a vacancy nor an interstitial, nor an impurity." 비교적 상세하게 설명을 해 놓은 것 같습니다. 해석해 보면, "Antisite defects는 정렬된 합금이나 화합물에서 일어난다. 언제 일어나냐면, 다른 타입의 원자들이 위치를 맞바꿀때 일어난다. 예를 들어, 어떤 합금들은 규칙적인 구조를 가지고 있는데, 다른 모든 원자들은 다른 종류의 원자들을 가지고 있는 구조라고하자. 그림으로 그려보면, A타입 원자가 큐빅 격자의 코너에 앉아 있다고 하고, B타입 원자들은 큐빅 중앙에 있다고 하자. 만약 한 큐브가 중앙에 A 원자를 가지고 있다면 그 원자는 보통 B 원자로 채워진 장소에 있다. 따라서 그 원자는 antisite 결합이다. 이 것은 공백도 아니고 추가도 아니고 불순물도 아니다."


Antisite defects, namely, Ti-antisite (TiO) and O-antisite (OTi), have
high formation energies and are hence unstable. - PHYSICAL REVIEW B 73, 125205 (2006)
이 문장을 해석 해 보면 "Ti-antisite와 O-antisite 두 antisite 결합은 높은 형성에너지를 가지고 있어서 불안정하다."라는 뜻이 되겠습니다. Ti-antisite란 원자 배열에서 한 구역에 O가 있어야 할 자리에 Ti가 있는 곳에서의 Ti 원자를 말하고, 마찬가지로 O-antisite는 규칙적인 원자 배열에서 한 영역이 Ti가 있어야하는데 O가 차지한 현장에서 바로 그 O 원자를 말합니다.

드루드 모델의 실패로 혼란스러워진 금속 이론

The failures of the Drude model to account for some experiments,/ and the conceptual/ puzzles it raised,/ defined the problems/ with which the theory of metals was to grapple over the next quarter century.

문장을 '/'를 사용해서 위와같이 분리를 해 봤습니다. 주어가 구를 이루면서 길게 표현되어 있습니다.
주어구를 다시 적어보면
'The failures of the Drude model to account for some experiments,/ and the conceptual'로 주어에 두가지 주체가 있습니다. 한개는 'The failures'이고 다른 하나는 'the conceptual'입니다. 이 두 주체가 puzzles하게 한다는 구조입니다. conceptual의 단어 뜻을 살펴보겠습니다.
conceptual [kən|septʃuəl]: Conceptual means related to ideas and concepts formed in the mind. -> conceptual은 마음에 형성되는 생각이나 개념에 연관되어 있다라는 뜻이다. -> 개념의, 구상의
즉 conceptural은 형용사입니다. 형용사 앞에 the를 붙여서 '개념적인 것'으로 해석할 수있을까 했는데 뭔가 애매합니다. 혹시나 conceptual이 puzzles을 수식하는 것이 아닐까요? 'puzzles' 뒤에 it이라는 명사가 또 나오게 되므로 그렇지는 않을 것같습니다.

grapple [|grӕpl]: If you grapple with a problem or difficulty, you try hard to solve it. -> 만약 당신이 어떤 문제나 어려움을 가지고 grapple한다면, 당신은 그것을 해결하기 위해서 열심히 노력한다. -> 고심하다 ; If you grapple with someone, you take hold of them and struggle with them, as part of a fight. You can also say that two people grapple. -> 만약 당신이 누군가와 grapple한다면, 당신은 그들을 붙들고 싸움의 한 부분으로써 안간힘을 쓴다. 또한 두 사람이 grapple 하다라고 말할 수 있다. -> 붙잡고 싸우다.

금속 이론이 다음 25년에 걸쳐서 고심해야만 했던 문제들로 정의되면서, 몇몇 실험과 그 개념을 설명하려는 드루드 모델의 실패는 혼란스러움을 가중시켰다.

오늘날에도 사용되고 있는 성공적인 드루드 모델

The successes of the Drude model were considerable,/ and it is still used today /as a quick practical way/ to form simple pictures and rough estimates of properties/ whose more precise comprehension/ may require analysis of considerable complexity.

주어가 주어구를 이루고 있어 동사를 먼저 찾겠습니다. 동사는 'were' be 동사의 과거형입니다. 복수 형태 be동사인 'are'의 과거형태입니다. 뒤에는 형용사나 부사가 올 것으로 예상되는데, considerable 형용사가 왔습니다. -able이 붙어서 형용사라는 걸 쉽게 예측할 수 있습니다. 뜻이 뭘까요? consider이 '고려하다', '심사숙고하다'라는 동사이고, -able이 '~ 할 수있는' 뜻으로 간주할 수 있으니깐 considerable이라고 하면 '심사숙고를 잘하는' 또는 '사려깊은'이라는 뜻이라고 생각했었습니다. 그런데, 그렇게 해석하려니 주어와 잘 매치가 되지 않습니다. 주어구는 'The successes of the Drude model'로 '드루드 모델의 성공'이 주어가 되겠습니다. 그래서 '이 성공은 사려 깊었다.'라고 생각해 보면 어색합니다. '사려깊다'라는 말은 보통 사람, 살아 있는 존재에 적용하니깐, considerable이 '사려깊은'이라는 뜻은 아닌 듯합니다. 조사를 해보면,

considerable [kən|sɪdərəbl]: Considerable means great in amount or degree. -> considerable은 양이나 정도가 크거나 아주 많다라는 의미이다. -> 상당한, 많은

역시 물리적인 의미는 아닌듯 합니다. 참고로 '사려깊은'이라는 단어형태는 considerate입니다.
발음은 [kən|sɪdərət], 굳이 한글로 표현해 보면 '컨시더럿'비슷하게 발음합니다. 느낌상 '컨시더레이트'하면 될 것 같은데 아닙니다. '컨시더럿'과 비슷한 발음임을 주목해야겠습니다.

'드루드 모델의 성공 부분은 상당히 많다.'

뒤에 문장이 길어지고 있습니다. 콤마 뒤에 등위접속사 역할을 하는 and가 보입니다. 그래서 뒤에 나오는 절은 첫 주절과 대등한 관계이니, 다시 새로운 문장이라고 생각하고 구조를 보겠습니다. 주어가 it, 동사는 is인데 동사구를 이루고 있습니다. 'is still used', 수동태 구조네요. 중심되는 의미 부분은 'and it is still used today'이고 또 그 뒤로 as라 따라오면서 앞부분을 수식하는 형용사구입니다.

간단한 그림을 만들고 특징을 어림짐작하는 빠르고 실용적인 방법으로서, 드루드 모델은 여전히 오늘날에도 사용되고 있다. 어떤 속성을 어림짐작 하냐면, 그것에 대한 더 상세한 이해력이 상당한 복잡성 분석을 요구할지도 모르는 속성이다.

폴 드루드가 제안한 금속 전이에 대한 이론

In this chapter/ we shall examine the theory of metallic conduction/ put forth by P.Drude at the turn of the century./
- Ashcroft Mermin 고체 역학

 주어는 We 우리, 즉 저자들은 입니다. 눈에 바로 들어오는 주어네요. 동사부는 shall examine로 shall 조동사 영향을 받아 '조사할 것이다'뜻이 됩니다. 조동사 shall이 미래에 대해서 언급할 때나, 미래를 예측할 때 사용되는 조동사로 쓰이고 있습니다. 물론 'Shall we dance? - 우리 춤출까요?'요 처럼 다른 뜻으로도 쓰이기도 하지만 여기서는 미래에 어떤 일을 할 것이라는 의미가 내포되어 있습니다. 그래서 앞으로 저자들이 이 책에서 진행할 방향을 직접적으로 말해주고 있습니다.

  examine 뒤에 목적어부 the theory of metallic conduction 가 나타납니다. 목적어는 the theory라고 할 수 있겠습니다. 뒤에 of metallic conduction은 이 목적어를 수식하는 소유격적 어구이고요. 그래서 여기까지 해석하면,
'이번 장에서 우리는 금속 전도에 관한 이론을 검토할 것입니다.'라는 주된 뜻이 됩니다. 문장 형식은 주어-동사-목적어 형태로 3형식임을 알 수 있습니다. 뒤에 수식구가 나타나는데 put을 잘 이해해야 되겠습니다. 혹시나 put forth가 한 의미를 이루는 숙어가 아닌가 해서 찾아 보니, 역시 특별한 뜻이 있었습니다.

put forth : to present; propose -> 제출하다, 제안하다 ;;  (of a plant) to produce or bear (leaves, branches, shoots, etc) -> 식물에서 생산하다. 또는 잎이나 가지나 싹이 피다
아무래도 여기서는 문맥상 제안하다라는 뜻이 자연스러울 것 같습니다. 그리고 관용적인 표현인 'at the turn of the century'가 부사구로 와 있습니다. 그래서 뒷부분 형용사절로 put 앞에는 'which is' 빠지고 'the theory'를 수식하고 있습니다.
이러한 구조임을 생각하면서 문장 전체를 해석해 보도록 하겠습니다.

이번 장에서 우리는 백년 세기의 전환기에서 폴 드루드가 제안한 금속 전이에 대한 이론을 조사할 것이다.

이러한 구조임을 생각하면서 문장 전체를 해석해 보도록 하겠습니다.
P. Drude 에 대해서 주석으로 달린 것이 있는데, Drude가 제출한 논문지인 것 같습니다.
Annalen der Physik 1. 566 and 3. 369 (1900). Annalen der Physik 한글로 '아날렌 데르 피직'이라고 하면 되는 건지.. 독일어 인데, 조사를 해 보니, 가장 오래된 물리과학 저널지중에 하나라고 하네요. 1799년도 이후로 편찬되기 시작했다고 합니다. 처음에는 독일어로 발행되다가, 1950년대에서 1980년대까지는 독일어와 영어 두개 언어로 발행되었습니다. 그러나닥 1990년대 독일통일 이후에 영어로만 쓰게 됩니다.
그리고 P. Drude에서 P.는 Paul의 약자 입니다. 이름이 '폴 드루드'이네요. 정확한 이름은 Paul Karl Ludwig Drude입니다. 폴 칼 루드위그 드루드.

전형적인 금속 성질을 알기 수백년 동안의 물리학자들의 노력

During the last hundred years physicists have tried to construct simple models of the metallic state that account in a qualitative and even quantititive way for the charateristic metallic properties.
- Ashcroft Mermin 고체 역학

charateristic [ker(ə)ktəˈristik]: typical of a particular person, place, or thing. -> 특별한 사람이나 장소 또는 어떤 것의 전형성을 가진

지난 수백년 동안 물리학자들은 전형적인 금속 특징을 위해서 질적인 심지어 양적인 방법으로 설명하는 금속 상태의 간단한 모델을 설계하려고 시도했다.

금성 성질을 알기 위해서 협력해서 얻은 훌륭한 결과들

In the course of this search brilliant successes have appeared hand in hand with apparently hopeless failures time and again.
- Ashcroft Mermin 고체 역학

time and again  : Again and again; repeatedly. -> 반복해서
apparently [ə|pӕrəntli]: adverb 1. (sentence modifier) it appears that; as far as one knows; seemingly -> 네이버 사전으로는 '보아 하니', '듣자 하니'라는 뜻으로 나와 있습니다. 그런데 그런 의미는 아닌 것 같아서 다른 곳에서 찾아보니, British Dictionary 에서는 이렇게 설명하고 있습니다. -> (문장 수식어) 그렇게 보이는 것 같다.; 누군가 알고 있는 한 -> 어떻게 보면 네이버의 뜻과 비슷한 것 같네요.

이런 추구 가운데에서, 반복해서 희망없는 실패처럼 보이는 결과들만 나오는 가운데서 협력으로 이뤄진 훌륭한 결과들이 나왔다.

19세기 후반부터 고체 이론에 두드러진 역할을 해오고 잇는 금속

Although the majority of commonly encountered solids are nonmetallic, metals have continued to play a prominent role in the theory of solids from the late nineteenth century to the present day.
- Ashcroft Mermin 고체 역학

일반적으로 접하고 있는 고체들 다수가 비금속이지만, 금속은 19세기 후반부터 현대까지 고체 이론에 두드러진 역할을 해 왔다.

갑자기 금속의 역사가 궁금해지네요.

비금속을 이해하기 위한 금속에 대한 선수 이해 - 전도(conduct)성의 유무

Even to understand nonmetals one must also understand metals, for in explaining why copper conducts so well, one begins to learn why common salt does not.
- Ashcroft Mermin 고체 역학

conduct에 대한 단어에 대해서 영영 사전으로 알아 보았습니다. 동사로도 쓰이도 명사로도 쓰이는 단어입니다. 명사일 때와 동사일 때의 발음이 다르게 쓰이기도 하나 봅니다. 여러가지 뜻이 있는데, 영어로 된 설명을 해석해 보겠습니다.
conduct(Verb [kən|dʌkt], Noun[|kɑ:ndʌkt]):
If something conducts heat or electricity, it allows heat or electricity to pass through it or along it. -> 만약 뭔가가 열이나 전기를 conduct한다면, 열이나 전기를 그것을 관통해서 또는 그것을 따라서 지나가도록 한다. -> 전도하다
When you conduct an activity or task, you organize it and carry it out. -> 어떤 활동이나 일을 conduct할때, 당신은 그것을(어떤 활동이나 일) 정리하고 수행한다. -> 특정한 활동이나 일을 하다.
If you conduct yourself in a particular way, you behave in that way.
만약 당신이 특별한 방법으로 당신 스스로를 conduct한다면, 당신은 그 방법대로 행동한다. -> 행동하다, 처신하다.
When someone conducts an orchestra or choir, they stand in front of it and direct its performance.
누군가가 오케스트라나 합창단을 conduct할 때, 그것 앞에 서서 연주를 감독한다. -> 지휘하다.
The conduct of a task or activity is the way in which it is organized and carried out.
어떤 일이나 활동의 conduct는 정리해서 실행하는 방법이다. -> 수행, 처리, 경영
Someone's conduct is the way they behave in particular situations.
누군가의 conduct는 특별한 상황에서 행동하는 방법이다. -> 처신, 행동

이 중에서 두말 할 것없이 위 문장에서 의미하는 뜻은 '전도하다'라는 뜻임을 알 수 있습니다.

전도에 관한 물리적인 개념이 conductivity로 정의되어 있습니다. 보통 물리를 공부하면서 두가지 종류의 conductivity를 자주 접했는데, '전기 전도성'이랑 '열 전도성'입니다. 영어로는 'electrical conductivity', 'thermal conductivity'라는 용어를 사용하고 있습니다.

그런데 위키피디아에서 conductivity에 대해서 검색을 해 보니 여러가지 conductivity가 있네요.

여기에 나열해 보도록 하겠습니다.
1) Electrical conductivity, a measure of a material's ability to conduct an electric current
전기적인 전도성이란 전기적인 흐름을 전도하는 물질의 능력 정도.
2) Conductivity (electrolytic), also the specific conductance, is a measurement of the electrical conductance per unit distance in an electrolytic or aqueous solution
전도성 또는 특정한 전도도란, 전해질 또는 수분을 포함한 용액에서 단위 길이당 전기적인 전도도의 양을 말한다.
  electrolytic [ilèktrəlítik]: (1) of, concerned with, or produced by electrolysis or electrodeposition -> 전기분해나 전착으로 만들어진, 또는 그와 관련된
    electrolysis [ɪ|lek|trɑ:ləsɪs] [ɪ|lek|trɒləsɪs]: Electrolysis is the process of passing an electric current through a substance in order to produce chemical changes in the substance. -> electrolysis란 물질 안에서 화학적인 변화를 만들어내기 위해 그 물질을 통해 전기적인 전류가 지나가는 과정을 말한다. -> 전기 분해 과정
    electrodeposition [ilèktroudèpəzíʃən] -> 네이버에서는 화학 전문 용어로 '전착', '전해 석출'이라고만 적어놓고 있습니다. 용어가 어려워 구글링해 본 결과 electodeposition의 정의를 설명해 놓은 정보를 찾았습니다. www.eng.utah.edu 에서 정리해서 올려 놓은 자료인데 링크를 아래에 적어 둡니다.
      https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwj_3J2by8PJAhVMRCYKHfASBE0QFggnMAE&url=http%3A%2F%2Fwww.eng.utah.edu%2F~gale%2Fmems%2FLecture%252012%2520Electrodeposition.pdf&usg=AFQjCNGhCmnxgfEJ3xrv0wnAhGukq3XOhg&sig2=JwyyXuEJ2ADkv7YWckA9pA&bvm=bv.108538919,d.eWE
여기서 말하길,
      Electro deposition is the process of coating a thin layer of one metal on top of a different metal to modify its surface properties. -> electro deposition은 표면 속성을 변경하기 위해서 금속 위에 다른 금속을 얇게 코팅해서 층을 만드는 과정이다.
      어떤 금속 위에 또 다른 금속으로 박막 금속층을 만드는 과정을 electro deposition 이라고 이해됩니다.
  electrolytic [ilèktrəlítik]: (2) of, relating to, or containing an electrolyte -> 전해액을 포함하고 있는, 또는 그와 관련된 -> 전해질의
    electrolyte [ɪ|lektrəlaɪt]: An electrolyte is a substance, usually a liquid, which electricity can pass through. -> electrolyte는 어떤 물질을 말하는 용어로 보통 액체 상태이고 전기가 통할 수 있다. -> 전해액
  electrolytic [ilèktrəlítik]: (3) Also called : electrolytic capacitor a small capacitor consisting of two electrodes separated by an electrolyte -> electrolytic capacitor라고도 불리는데, 전해액으로 분리된 두 전극으로 구성하고 있는 작은 축전기이다.
    electrode [ɪ|lektroʊd] [ɪ|lektrəʊd]: An electrode is a small piece of metal or other substance that is used to take an electric current to or from a source of power, a piece of equipment, or a living body. -> electrode는 어떤 작은 조각의 금속이기도 하고, 어떤 다른 물질을 말하기도 하는데, 생체(살아있는 몸), 어떤 장비 부품, 전력의 원천에서 출발하거나 도달하는 전기적인 전류를 가지곤 하는 물질을 가르키기도 한다. -> 전극
  aqueous [|eɪkwiəs]: In chemistry, an aqueous solution or cream has water as its base. -> 화학분야에서, aqueous 용액이나 크림은 그 물질 자체를 기반으로 물을 가지고 있다. - 수분을 함유한, 물과 같은
  conductance [kən|dʌktəns]: symbol G the ability of a system to conduct electricity, measured by the ratio of the current flowing through the system to the potential difference across it; the reciprocal of resistance. It is measured in reciprocal ohms, mhos, or siemens-> G라는 기호가 이 개념을 상징하는 것으로, 전기를 전도하는 시스템의 능력을 말한다. 이 능력은 시스템을 가르지르면서 퍼텐셜 에너지의 차이에 대한 시스템을 통해서 흐르는 전류 비율로 측정된다. 즉 저항의 역수이다. 옴단위의 역수로 측정되거나 모나 지멘스의 단위의 역수이다.  -> 전기나 열의 전도도

3) Ionic conductivity, a measure of the conductivity through ionic charge carriers
이돈 전도도, 이온 전하 캐리어를 대한 전도도의 양
4) Hydraulic conductivity, a property of a porous material's ability to transmit water
porous [|pɔ:rəs]:  Something that is porous has many small holes in it, which water and air can pass through. -> porous한 뭔가는 그 안에 물과 공기가 관통할 수 있는 작은 구멍들이 많이 있다. -> 구멍이 많은 투과성 또는 다공성을 가진
수압 전도도, 물을 전송하는 다공성 물질 능력의 속성
5) Thermal conductivity, the intensive property of a material that indicates its ability to conduct heat
열적 전도도, 열을 전도하는 능력을 나타내는 어떤 물질의 집약적인 속성이다.
6) Rayleigh conductivity, describing the behavior of apertures concerning the flow of a liquid or gas
aperture  [|ӕpətʃə(r)][|ӕpətʃʊr]: An aperture is a narrow hole or gap. -> aperture이란 좁은 구멍이나 좁은 간격을 말한다. -> 작은 구멍
In photography, the aperture of a camera is the size of the hole through which light passes to reach the film. -> 사진술에서 카메라의 aperture은 빛이 필름에 도달하도록 지나가는 구멍의 크기를 말한다. -> 조리개
레일리 전도도, 액체나 기체의 흐름과 관련된 작은 구멍들의 행동을 묘사하는 것이다.

레일리 전도도가 생소하네요. 다음에 좀 더 알아 보도록 하겠습니다.

심지어 비금속을 이해하기 위해서는 금속을 이해해야한다. 왜냐하면 왜 구리가 전도가 그렇게 잘 되는지를 설명하는 부분에서, 일반적인 소금은 왜 전도성이 좋지 않은지에 대해서 배우기 시작하기 때문이다.

이 문장에서는 금속의 특징 중 하나가 전도성(conductivity)이 있음을 말해주고 있습니다. 이 전도성이 익숙한 현상이면서 익숙한 개념인데, 금속, 비금속을 논의할 때 대표되는 속성임을 말해 주고 있습니다. 그런데 소금이 화학기호가 NaCl(염화나트륨)인데, Na 나트륨이 금속인 것으로 알고 있는데, 왜 일반소금은 전도성이 좋지 않을까요?

metallic state - the great fundamental states of matter

Indeed, the metallic state has proved to be one of the great fundamental states of matter. The elements, for example, definitely favor the metallic state: over two thirds are metals.
- Ashcroft Mermin 고체 역학

실제로, 금속 상태는 물질에서 굉장히 근본적이 상태를 가지고 있는 물질중 하나로 밝혀졌다.
예를 들어, 그런 원소들, 즉 근본적인 상태를 가지고 있는 가지고 있는 물질들은 확실히 금속 상태를 편애한다. 3분의 2 이상이 금속이다.

great fundamental states 라고 설명했는데, 어떤 근본적인 상태를 말하는 것인지 애매하네요. fundamental states에서 먼저 떠오르는 것은 물질의 3가지 상태입니다. 물질의 고체상태, 액체상태, 기체상태. 이 세가지 근본 상태가 아니 다른 개념의 상태를 말하고 있는 것 같습니다. 그리고 앞에 great라고 붙인걸 봐서는 정말 특별함이 있는 상태를 말하는 듯하네요.
The elements는 앞 문장에 있는 그것과 동일하게 해석하였습니다. the elements = the matters having great fundamental states 이렇게 두었습니다. 생각할 수록 great fundamental states가 무엇인지 궁금해 집니다.

favor은 생활영어에서 'Can you do me a favor?(저에게 호의를 베풀어 줄 수 있나요?, 부탁하나 들어 줄 수 있나요?)'라고 많이 쓰는 '호의, 부탁'라는 뜻으로 많이 받아들이는데, 여기서는 동사로 쓰이면서 '편애하다, 더 좋아하다'라는 뜻을 적용하였습니다.

하여튼 금속이 정말 고체 연구에서 떼놓을 수 없다라는 인식이 생깁니다.

금속 연구 : 현대 고체 이론의 원동력

The challenge of accounting for these metallic features gave the starting impetus to the modern theory of solids.
- Ashcroft Mermin 고체 역학

account for something : to explain how or why something happened; to be the explanation for something -> 왜 어떤 일이 일어났는지 어떻게 일어났는지 설명하다; 뭔가를 위해서 설명이되다.
impetus [|ɪmpɪtəs]: Something that gives a process impetus or an impetus makes it happen or progress more quickly. -> 처리 impetus나 어떤 impetus를 주는 뭔가는 더 빨리 일어나게하고 진행시킨다. -> 추진력, 추동력(推動力,밀 추-움직일 동-힘 력)[밀어서 움직이는 힘-어떤 일을 추진하기 위해서 고무시키고 격려하는 힘]
이러한 금속 특징들을 설명하는 시도는 현대 고체 이론을 시작하는 추동력을 제공해 주었다.

저자는 금속연구가 고체연구에 있으서 중요하다는 점을 설명하고 있습니다. 역사적으로도 눈에 띄는 금속 특징을 연구하면서 고체이론을 정립해 나가는 계기가 된 듯합니다. 앞으로 금속 특징의 이론적인 설명이 전개 될 것 같습니다.

영어 표현에서 'account for'가 '설명하다'라는 숙어로 사용되는 것 같습니다. explain으로 바꿔쓸 수 있을 것 같네요. the challenge of explaining these metallic features~.

impetus 가 구글 검색 사전으로는 이렇게 설명되어 있네요.
the force or energy with which a body moves. -> 몸체를 움직이게하는 힘이나 에너지
the force that makes something happen or happen more quickly. -> 뭔가가 일어나게 하거나 더 빨리 발생하도록하는 힘
이런 뜻으로 설명할 수 있는데, 역시 한글로 표현하면 추진력, 추동력이 가까운 뜻으로 여겨집니다. 원동력이라는 말이 더 친숙하네요.
1970, 1980년대에 많이 쓰이다가 2000년대에 들어서는 사용빈도가 줄어드는 추세라고 합니다.

The Charater of Metal - 금속의 특징

Ashcroft Mermin 고체 역학에서 표현된 금속 특징에 대한 짧은 문장입니다.

They are excellent conductors of heat and electricity.
are ductile and malleable. and display a striking luster on freshly exposed surfaces.

어려운 영어 단어들을 살펴보겠습니다.
ductile [|dʌktaɪl]: (of a metal, such as gold or copper) able to be drawn out into wire -> 금과 구리와 같은 금속에서 선으로 늘릴 수 있는 -> 연성인

malleable [|mӕliəbl]: If you say that someone is malleable, you mean that they are easily influenced or controlled by other people. -> 만약 당신이 누군가가 malleable하다면, 당신은 다른 사람들에 의해 쉽게 영향을 받거나 통제된다는 것을 의미한다. -> 영향을 잘 받는, 잘 변하는
A substance that is malleable is soft and can easily be made into different shapes. -> malleable한 한 물체는 부드럽고 쉽게 다른 형태로 변할 수 있다. -> 가단성이 있는

luster [lʌ́stər]: 광택, 빛남

freshly [|freʃli]: If something is freshly made or done, it has been recently made or done. -> 만약 뭔가가 freshly하게 만들어지거나 일이 이루어 졌다면, 그것은 최근에 만들어지거나 이뤄졌다. -> 막 ~한

금속은 훌륭한 열전도체 그리고 전기전도체이다. 또한 연성이 있고 가단성이 있다. 또한 갓 노출된 표면에서 눈에 띄게 광택을 보인다.

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.