• 한국세라믹학회지
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• 제43권1호
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• pp.22-27
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• 2006

The electronic band structures of Metal-doped titanium dioxide, M-doped $TiO_2$ (M=Co, Cr, Fe), have been studied by using XRD, UV-vis diffuse reflectance spectrometer and FP-LAPW (Full-Potential Linearized Augmented-Plane-Wave) method. The UV-vis of M-doped $TiO_2$ (M=Co, Cr, Fe) showed two absorption edges; the main edge due to the titanium dioxide at 387 nm and a shoulder due to the doped metals at around 560 nm. The band gap energies of Co, Cr and Fe-doped $TiO_2$ calculated by FP-LAPW method were 2.6, 2.0, and 2.5 eV, respectively. The theoretically calculated band gap energy of $TiO_2$ by using FP-LAPW method was the same as experimental results. FP-LAPW method will be useful for fabrication and development of photo catalysts working under visible light.

• 한국광물학회지
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• 제27권1호
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• pp.1-15
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• 2014

지구시스템 이해에 중요한 지구 내부 맨틀 물질의 거시적인 성질을 이해하기 위해서는 고압상태의 Mg-규산염 결정질 및 비정질 물질에 대한 원자구조와 그에 수반하는 전자구조에 대한 이해가 필요하다. 근래에 in-situ 고압 실험의 어려움을 피하여 고압환경에 존재하는 지구물질의 원자구조와 그 전자구조를 규명하기 위한 방법론으로서 밀도 범함수 이론에 기반을 둔 양자화학계산이 많이 이용되고 있다. 본 연구에서는 FP-LAPW (full-potential linearized augmented plane wave) 방법론을 이용하는 WIEN2k 프로그램을 통하여 25 GPa와 120 GPa의 $MgSiO_3$ 페로브스카이트(Pv)의 전자 오비탈의 PDOS (partial density of states)와 O원자 K-전자껍질 ELNES (energy-loss near-edge structure) 스펙트럼을 계산하였다. 두 압력 조건의 $MgSiO_3$ Pv에 대하여 계산된 전자 오비탈의 PDOS와 O원자 K-전자껍질 ELNES 스펙트럼은 뚜렷한 차이를 보이고 있었다. 이와 같은 결과는 $MgSiO_3$ Pv에서 압력 증가에 의한 Si 원자 배위수의 변화가 나타나지 않더라도 Si-O 결합거리, O-O거리, Mg-O거리와 같은 O원자 주변 국소 원자구조의 변화가 O원자 주변 전자구조에 뚜렷한 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. 본 연구의 결과는 $MgSiO_3$ 결정질 및 비정질 물질의 압력에 의한 전자구조 변화의 미시적 기원을 이해하고 더욱 나아가 다양한 지구물질의 압력에 의한 원자구조 변화와 그에 수반되는 전자구조 변화의 관계를 이해하는데 많은 도움을 줄 수 있을 것이다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권2호
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• pp.592-602
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• 2021

Thorium compounds have attracted immense scientific and technological attention with regard to both fundamental and practical implications, owing to unique chemical and physical properties like high melting point, high density and thermal conductivity. Hereby, we investigate the mechanical and thermodynamic stability and report on the structural, electronic and magnetic properties of new silicon-doped cubic ternary thorium phosphides ThSi_xP_1-x (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1). The first-principles density functional theory procedure was adopted within full-potential linearized augmented plane wave (FP-LAPW) method. The exchange and correlation potential terms were treated within Generalized-Gradient-Approximation functional modified by Perdew-Burke-Ernzerrhof parameterizations. The proposed compounds showed mechanical and thermodynamic stable structure and hence can be synthesized experimentally. The calculated lattice parameters, bulk modulus, total energy, density of states, electronic band structure and spin magnetic moments of the compounds revealed considerable correlation to the Si substitution for P and the relative Si/P doping concentration. The electronic and magnetic properties of the doped compounds rendered them non-magnetic but metallic in nature. The main orbital contribution to the Fermi level arises from the hybridization of Th(6d+5f) and (Si+P)3p states. Reported results may have potential implications with regard to both fundamental point of view and technological prospects such as fuel materials for clean nuclear energy.

• 한국광물학회지
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• 제30권2호
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• pp.59-70
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• 2017

$SiO_2$는 지각과 맨틀을 구성하는 풍부한 물질로 고압 상태의 $SiO_2$ 원자구조를 결정짓는 전자구조적 특성에 대한 상세한 이해는 지구 내부의 탄성과 열역학적 성질에 대한 통찰을 제공한다. $SiO_2$처럼 경원소(low-z)로 이루어진 지구 물질의 고압상 전자구조는 in situ 고압 XRS (x-ray Raman scattering) 실험을 통해 연구되어 왔다. 하지만 기존의 고압 실험 방법으로는 물질의 국소 원자구조와 XRS 스펙트럼 간 상관관계를 밝히는데 한계가 있다. 이를 극복하고 더 높은 압력에서 존재하는 $SiO_2$에 대한 XRS 정보를 얻기 위해 밀도 범함수 이론(density functional theory; DFT)에 기반을 둔 제1원리(ab initio) 계산법을 이용한 XRS 스펙트럼 계산 연구들이 진행되고 있다. 비탄성 X-선 산란에 의하여 원자핵 주변 1s 오비탈에 만들어지는 전자-정공(core-hole)은 경원소 물질의 국소 전자구조에 크게 영향을 미치기 때문에 O K-edge XRS 스펙트럼 형태를 계산할 때 중요하게 고려해야 한다. 본 연구에서는 온-퍼텐셜 선형보충파(full-potential linearized augmented plane wave; FP-LAPW) 방법론에 기반하는 WIEN2k 프로그램을 사용하여 ${\alpha}-quartz$, ${\alpha}-cristobalite$ 그리고 $CaCl_2$-구조를 갖는 $SiO_2$에 대한 O 원자 전자 오비탈의 부분 상태밀도(partial density of states; PDOS)와 O K-edge XRS 스펙트럼을 계산하였다. 또한, $CaCl_2$-구조를 갖는 $SiO_2$의 O 원자 PDOS의 전자-정공 효과의 적용 여부에 따른 차이를 비교하여, 원자핵 부근 전자구조 변화에 따른 PDOS의 피크 세기와 위치 변화가 크게 나타났다는 사실을 확인할 수 있었다. 또한 계산된 각 $SiO_2$ 구조의 O K-edge XRS 스펙트럼이 각 $SiO_2$ 구조에서 계산된 O 원자의 $p^*$ 오비탈의 PDOS 결과와 매우 유사한 형태를 갖고 있음을 확인하였다. 이는 O K-edge XRS 스펙트럼이 갖는 대부분의 특징적인 피크들이 O 원자의 점유 1s 오비탈에서 $2p^*$ 오비탈로의 전자전이에 기인하기 때문이다. 본 연구의 결과는 $SiO_2$에 대한 정확한 O K-edge XRS 스펙트럼을 계산하는데 있어 전자-정공 효과를 고려해야 한다는 사실을 보여준다. 또한, 실험적으로는 재현이 어려운 고압 환경에 존재하는 $CaCl_2$-구조를 갖는 $SiO_2$ (~63 GPa)에 대한 O K-edge XRS 스펙트럼 계산을 통해, 제1원리 계산이 고압상 물질의 물성 연구에 이용될 수 있다는 사실을 보여준다.

• 한국광물학회지
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• 제23권4호
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• pp.403-411
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• 2010

지구물질의 거시적 성질로부터 지구시스템 진화의 실마리를 찾을 수 있으며, 이런 거시적인 물성은 지구물질의 원자구조에 의하여 결정되기 때문에 지구물질의 원자구조(즉, 전자구조)를 파악하는 것은 지구시스템의 현상의 이해에 매우 중요하다. 지구내부의 잘 알려지지 않은 물질들의 원자구조를 규명하기 위하여 최근에는 범밀도함수 이론에 기반한 양자계산이 이용되고 있다. 본 연구에서는 온-포텐셜 선형화 보충 평면파가 이용된 양자계산을 통해 저온석영과 스티쇼바이트에 대한 산소원자 K-전자껍질 에너지-손실 흡수끝-부근 구조(energy-loss near-edge structure; ELNES) 스펙트럼과 각 전자 오비탈에 대한 국소상태밀도(partial local density of states; PLDOS)를 계산하였다. 산소원자 K-전자껍질 ELNES 스펙트럼은 저온석영과 스티쇼바이트의 결정구조에 따라서, 저온석영에서는 ~538 eV에서 세기가 강한 피크가 나타나고 스티쇼바이트에서는 ~537과 ~543 eV에 강한 피크가 나타난다. 이와 같은 결정구조에 따른 산소원자 K-전자껍질 ELNES 스펙트럼의 차이는 지구내부 다양한 결정질과 비결정질 규산염 물질의 산소원자 주변의 환경을 파악하는 중요한 지표로 이용될 수 있다.