분류 전체보기41 반도체 밴드 구조와 전자의 양자적 이동: 스마트폰 속 보이지 않는 세계 들어가며매일 아침 스마트폰을 켜는 그 순간, 우리 손안에서는 수십억 개의 전자들이 정교한 '양자 춤'을 추고 있습니다. 이 작은 입자들의 움직임이 어떻게 스마트폰, 컴퓨터, AI 반도체를 작동시키는지 알아보겠습니다.밴드 구조란 무엇인가?원자에서 결정으로: 에너지 띠의 탄생고립된 원자에서 전자는 특정한 에너지 궤도(1s, 2p 등)에만 존재할 수 있습니다. 하지만 수많은 원자들이 규칙적으로 배열되어 결정을 이루면 상황이 완전히 달라집니다.인접한 원자들의 전자들이 양자역학적으로 상호작용하면서 개별 에너지 준위들이 합쳐져 **연속적인 띠(밴드)**를 형성하게 됩니다.두 가지 핵심 밴드가전자대(Valence Band)원자에 결합되어 있는 전자들이 존재하는 영역상대적으로 낮은 에너지 상태전도대(Conduction.. 2025. 12. 9. 전자 현미경은 어떻게 원자를 볼 수 있을까 ― 양자역학이 실제 기술이 되는 순간 1. 왜 빛으로는 한계가 있을까전자 현미경을 처음 접했을 때 가장 이해되지 않았던 점은“원자를 본다”는 표현 자체였다.빛으로도 보이지 않는 세계를, 어떻게 관측한다는 걸까.일반 광학 현미경은 아무리 배율을 높여도바이러스나 단백질 분자를 선명하게 구분할 수 없다.이유는 렌즈 성능이 아니라 빛의 파장 자체에 있다.가시광선의 파장은 약 400~700nm 수준이다.관측에 사용하는 파장보다 작은 구조는회절 현상 때문에 원리적으로 구분이 어렵다.이 지점에서 자연스럽게 이런 질문이 생긴다.그렇다면,빛이 아닌 다른 ‘파동’을 쓰면 되지 않을까?2. 전자는 왜 관측 도구가 될 수 있을까이 질문의 답은 양자역학에서 시작된다.1924년 루이 드 브로이는입자 역시 파동 성질을 가질 수 있.. 2025. 12. 8. 양자역학의 세 가지 해석: 코펜하겐, 다세계, 파일럿파 이론 1.들어가며: 고양이는 살아있을까, 죽어있을까?슈뢰딩거의 고양이 실험을 들어보셨나요? 상자 안에 고양이와 독극물 장치를 넣고 뚜껑을 닫습니다. 상자를 열기 전까지 고양이는 살아있는 동시에 죽어있다는 기묘한 이야기입니다.이 역설은 단순한 사고 실험이 아닙니다. 양자역학의 수학은 완벽하게 작동하지만, **"측정 전까지 입자는 정말 어떤 상태일까?"**라는 근본적인 질문에는 여러 답이 존재합니다.오늘은 양자역학을 설명하는 세 가지 주요 해석, 코펜하겐 해석, 다세계 해석, 파일럿파 이론을 비교해보겠습니다.2.양자역학이 왜 해석이 필요할까?양자역학의 수학 공식은 실험 결과를 정확히 예측합니다. 문제는 그 수식이 의미하는 '현실'을 어떻게 이해할지입니다.핵심 질문들파동함수란 무엇인가? 실재하는 물리적 실체일까, .. 2025. 12. 7. 페르미-디랙 통계 vs 보스-아인슈타인 통계: 양자역학의 두 얼굴 전자는 왜 혼자 있고, 빛은 왜 겹쳐도 될까?양자역학 공부하면서 진짜 신기했던 게 하나 있어요. 전자는 같은 자리에 두 개가 못 있는데, 광자는 수백만 개가 겹쳐도 상관없다는 거예요. 처음엔 "뭐지?" 싶었는데, 알고 보니까 이게 양자통계의 핵심이더라고요. .1. 같은 자리가 뭘까? - 양자 상태 이해하기먼저 '같은 자리'가 정확히 뭔지부터 짚고 넘어가야 해요. 양자역학에서는 단순히 공간상의 위치만 의미하는 게 아니거든요.양자 상태란 입자의 모든 정보를 담은 '주소'예요. 여기엔:위치 (어디에 있는지)운동량 (얼마나 빠르게 움직이는지)스핀 (자체 회전 방향)에너지 준위이 모든 게 똑같을 때를 '같은 양자 상태'라고 해요. 예를 들어 원자 안에서 전자가 n=1 에너지 준위에 스핀 업(↑) 상태로 있다면,.. 2025. 12. 6. 전자 스핀의 본질: 회전하지 않는데 각운동량이 있는 이유 들어가며대학 물리학 실험실에서 학생들이 가장 많이 하는 질문 중 하나가 있습니다. "전자가 스핀을 가진다는데, 그럼 전자가 공처럼 빙글빙글 돌고 있나요?" 이 질문은 단순해 보이지만, 양자역학의 가장 깊은 본질을 건드리는 질문입니다.전자는 분명히 각운동량을 가지고 있고, 자기장에 반응하며, 측정하면 항상 두 가지 값 중 하나만 나타납니다. 하지만 전자는 회전할 수 있는 '표면'도 없고, 크기라고 할 만한 '반지름'도 없는 점입자에 가깝습니다. 그렇다면 스핀이란 정확히 무엇일까요?이 글에서는 전자 스핀의 본질을 학술적이면서도 이해하기 쉽게 설명해보겠습니다.1. 스핀은 고전적 회전이 아닙니다고전역학의 각운동량고전역학에서 각운동량은 물체가 회전할 때 발생합니다. 팽이가 돌거나 행성이 자전할 때 생기는 물리량이.. 2025. 12. 5. 양자 조화 진동자: 모든 물리계를 설명하는 가장 강력한 모델 서론: 우주는 왜 진동하는가?몇 년 전, 대학원 연구실에 새로 들어온 신입생이 흥미로운 질문을 했습니다."왜 물리학자들은 항상 조화 진동자 모델을 사용하나요? 우주에 스프링이라도 깔려 있는 건가요?"처음에는 단순한 질문으로 들렸지만, 사실 이것은 물리학의 핵심을 정확하게 짚어낸 질문입니다. 우주를 구성하는 거의 모든 미시적 물리계는 어떤 형태로든 진동하며, 그 진동은 대부분 조화 진동자 모델로 설명됩니다.양자역학에서는 이것이 더욱 중요해집니다. 원자, 분자, 전자기장 등 모든 것이 결국 양자 조화 진동자의 해로 표현되기 때문입니다.조화 진동자란 무엇인가?조화 진동자는 복원력이 변위에 비례하는 시스템을 말합니다. 가장 간단한 예는 스프링에 매달린 물체입니다.F = -kx이 간단한 방정식에서 시작하여, 물리.. 2025. 12. 4. 이전 1 2 3 4 5 ··· 7 다음
