UNIST 신태주 교수님의 세미나. 포항 방사광 가속기에서 10년간 근무하시다 UNIST로 옮기신 분이다.
- XRD 전공자가 아니었음에도 (고분자 전공) 학위과정 동안 필요해서 XRD를 익혔으며, 그 과정에서 필요했던 것들을 강의한다고 하심.
- 반도체 및 페로브스카이트에서는 분석이 중요한 이슈이며, 현재 UNIST 반도체 대학원에서 분석 연구를 담당 중.
- 내 연구 방향과 비슷하게, 이 연구실도 Structure-property relationship를 전면에 내세움.
- 기타 유용한 정보들
- 같은 정보를 XAFS와 Powder XRD로 얻는 경우 있는데, 이중 Resolution은 PXRD가 훨씬 좋다.
- 그래도 XAFS까지 다룰 줄 알아야 원하는 정보를 온전히 얻을 수 있을 것이다. (무슨 뜻?)
- 이론적인 Basic을 다 알아야 리트벨트를 할 수 있는 건 아니다. 프로세스만 알아도 진행은 가능하니 너무 허들을 높게 잡지 말 것.
- Kbeta X-ray는 Metal filter (보통 X-ray target의 원자번호 - 1 인 원소. Cu 타겟의 경우 Ni filter 사용)로 제거한다.
- Powder: Polycrystalline solid. 파우더는 보통 multi phase로 구성되어있다.
- 샘플링이 퀄리티에 매우 큰 영향을 미치기 때문에 (ex. 불순물, 다상 Peak 등 있으면 Refinement가 엄청 어려움), 시료 상태가 매우 좋아야한다. (심지어 파우더 시편을 OM으로 보면서 사이즈 비슷한 것끼리 골라내기도 한다고)
- 일반적인 연구실 X-ray 장비에서 X-ray penetration depth가 수-수십 um인 걸 고려할 때, 같은 시편의 여러 부분을 찍어보며 경향을 봐야 할 수도 있을 듯.
- 리트벨트 소프트웨어 중 Fullfrof가 조절할게 많아서 어렵고, GSAS가 직관적임.
- 싱크로트론에서 in situ 실험 시 2D detector 써서 한번에 모든 패턴을 얻는다.
- theta-2theta로 in-situ 측정하면 너무 오래 걸리니까
- Powder X-ray diffraction에서 얻을 수 있는 정보
- Phase ID, Phase fraction, Lattice parameter refinements, Rietveld, Line shape, Structure solution, Non-conventional diffraction (Pair distribution function, Resonant diffraction, etc)
- 리트벨트 시 구조를 알고 있는 비슷한 물질이 있으면 처음 만든 물질의 구조도 그것을 참고하여 알 수 있다.
- Rietveld refinement는 structure 'determination'이 아니다. 아예 정보가 없다면 리트벨트 분석이 불가능하다.
- 방사광 가속기 원리
- Synchrotron radiation: Relativistic charge particle (빛의 속도에 가까운 전하)이 Magnetic field를 따라 구부러진 경로를 이동하며 전자기파 방출하는 것
- 내가 사용해본 포항 방사광 가속기의 9B 빔라인은 Insertion device로 Bending magnet을 쓴다고 한다. 이전 김용일 박사님 세미나 때는 Undulator를 쓴다고 말씀하셨는데, 일부 빔라인은 Bending magnet을 쓰기도 하나보다.
- 실제로 요새 빔라인은 대부분 Undulator를 쓴다고 하심.
- 같은 종류의 장비여도 숫자 뒤에 B, D가 붙은 빔라인은 bending magnet을, A,C가 붙은 빔라인은 Undulator 쓰므로 예약 가능하다면 resolution이 더 좋은 Undulator를 사용하는 A, C 라인을 쓰라고 추천하심.
- Collimator: 퍼지는 빔을 평행하게 만드는 역할
- 기본적인 Unitcell 및 Space group 설명
- Crystal systems and space group PPT 추천
- 분석적 직관 갖기
- primitive unitcell을 가정할 때, 7개의 결정계별 XRD peak를 제시.
- Symmetry가 클수록 픽이 적게 나온다. 즉, Cubic에서 가장 적은 개수의 픽이 나온다.
- 픽의 갯수, 구성만 보고도 결정계를 대강 판단할 수 있다.
- 구조 해석한 정보들 (ex. Unitcell 내부 원자 개수)을 특성 (전기/열전도도 등)과 연관지을 수 있다.
- primitive unitcell을 가정할 때, 7개의 결정계별 XRD peak를 제시.
- X선 회절의 세기
- Structure factor, Multiplicity, Lorentz factor, absorption factor, thermal factor 등 픽 세기에 영향을 주는 다양한 팩터들을 소개.
- 각각의 팩터를 제대로 알지 못하면 리트벨트 분석을 할 수 없다. 리트벨트 분석용 소프트웨어 중 하나인 Fullfrof에서는 분석 시 앞서 나열한 팩터들을 각각 입력해야 한다.
- Structure factor 설명 (아는 내용이라 패스)
- Crystallite size
- 장비별 신뢰성 있게 측정 가능한 결정질 사이즈와, 측정 가능한 최대 결정질 사이즈를 나열. (rough upper limit은 정확히 무슨 뜻인지 질문할 것)
- Scherrer equation
- Cubic일 때 Shape factor = 0.9 사용
- 보통 픽 하나만 가지고 계산하는데, 신뢰성 있게 하려면 픽 별로 결정질 크기 계산하고, 그래프 만들어라.

- Residual stress and strain
- 리트벨트 분석도 strain에 대한 정보를 제공하는데, Williamson-hall plot으로도 Strain 정보를 얻을 수 있다.
- W-H plot 계산으로부터 얻은 strain이 과장되어 나온다는 의견도 있지만, 적어도 샘플 간 트렌드는 변하지 않으니 이 결과랑 나중에 리트벨트에서 얻은 strain이랑 비교해봐라.
- Ewald sphere
- X-ray보다 전자의 sphere radius가 훨씬 크다.
- TEM에서는 시편 두께가 짧으면 diffraction spot이 elongation 됨. (Relrod 형성의 원인)
- Cu source와 Mo source 비교하면, Mo source에서 Ewald sphere 크기가 2배라서 많은 픽이 보이지만 resolution은 Cu가 낫다.
- 시편에 따라서는 갈았을 때 결정성 무너지는 문제가 있다. 일반적으로는 최대한 잘 갈아야 하는 듯
- 리트벨트 시 백그라운드를 어떻게 설정하는지가 매우 중요하고, 이것이 유저마다 결과가 다른 원인임. automatic하게 뺄거냐, 개별로 픽 하나하나마다 뺄 것이냐
- 그래도 도저히 안 맞는 경우 special reflection case로 분류해서 따로 refine해야 함
- 보통 백그라운드가 데이터와 일치하는 정도는 least-square method로 정량화 함.
- 최근에 나온 박막 SnSe 열전 소재 논문 소개
- 박막 만들고 -> 긁어내서 capillary에 넣고 -> 싱크로트론 PXRD
- 박막도 이런 식으로 XRD 패턴 찍는게 가능하다.
- 질문
- 리트벨트 할 때 벌크 상태로 가능?
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