고체자기공명 – 이론과 실험

2004년 대한민국학술원 우수학술도서

저자 : 조성호

판형 : 신국양장 면수 : 416 쪽

발행년월일 : 2003-03-15

ISBN : 89-7641-476-4

단행본 

가격 : 27,000

자기공명 기술은 여러 분야에 응용되고 있다. 고체물리학과 화학 및 재료과학 등의 분야를 넘어 생물학과 의학에까지 응용범위가 더욱 넓어지고 있으나, 그 기술적인 측면과 결과 해석에 필요한 이론적인 면을 초보자들의 수준에 맞도록 조화 있게 전개한 책은 별로 없다. 저자는 이 책에서 원자핵 자기공명과 전자 자기공명 및 원자핵 사중극공명의 세 가지를 고체의 자기공명이라는 주제 아래 함께 다룸으로써 실험 방법의 유사성과 이론적 배경의 공통성을 배경으로 이들 전체를 쉽게 이해할 수 있도록 전개하였다. 이 세 가지 중에서 어느 하나에만 관심이 있는 이들도 쉽게 그것만을 골라서 읽을 수 있도록 구성되어 있는 것이다. 또한 많은 그림을 이용하여 설명함으로써 독자들이 내용을 쉽게 이해하도록 하였으며 또한 실제로 실험 데이터에서 흔히 보게 되는 공명선들의 해석에 친숙해지도록 짜여졌다.
제 1장은 이들 세 가지 실험방법이 어떻게 시작되었으며 우리나라에서는 언제부터 다루어졌는지 그 역사적 배경을 살펴보았고, 제 2장에는 위 세 가지에 대한 이론을 각각 논한 다음, 제 3장에서는 비교적 간단한 공명선을 스핀 하밀톤함수로 분석하는 과정을 설명하였고, 제 4장에 실험적 면을 다루었는데 시료는 고체상태로만 제한하였다. 5장부터 7장까지는 위 세 분야에 대해 좀더 전문적인 내용을 한 장씩 논함으로써 실제로 고체시료에 자기공명 방법이 다양하게 응용되는 면을 비교적 소상히 알 수 있게 하였다.

제 1 장 자기공명의 역사적 배경
제 1 절 자기공명 실험의 시작
1.1-1 전자 스핀공명의 최초 실험
1.1-2 핵 자기공명의 최초 실험
1.1-3 핵 사중극 공명의 최초 실험
제 2 절 국내 최초의 실험들
1.2-1 핵 자기공명의 관찰
1.2-2 전자 스핀공명의 관찰
1.2-3 핵 사중극 공명의 관찰
제 2 장 자기공명의 이론
제 1 절 핵 자기공명
2.1-1 간단한 이론
2.1-2 여러 가지 상호작용
제 2 절 전자 자기공명
2.2-1 간단한 이론
2.2-2 결정장 효과
2.2-3 유효 하밀톤함수
제 3 절 핵 사중극 공명
2.3-1 핵 사중극 하밀톤함수
2.3-2 핵 사중극 에너지 준위
제 4 절 공명흡수와 완화시간
2.4-1 스핀계의 운동방정식
2.4-2 공명흡수의 과정
제 5 절 공명선의 모습과 크기
2.5-1 공명선의 모습
2.5-2 공명선의 크기
제 3 장 간단한 공명선
제 1 절 스핀 하밀톤함수
3.1-1 단일 공명선
제 2 절 핵 자기공명
3.2-1 핵 자기쌍극자 상호작용
3.2-2 핵 전기사중극 일차효과
제 3 절 전자 자기공명
3.3-1 영 자기장 갈라지기와 미세구조
3.3-2 초미세구조
제 4 절 핵 사중극공명
3.4-1 정수 스핀의 핵
3.4-2 반정수 스핀의 핵
제 4 장 시료 준비와 공명장치
제 1 절 핵 자기공명
4.1-1 시료준비
4.1-2 핵 자기공명 분석기
제 2 절 전자 자기공명
4.2-1 시료준비
4.2-2 전자 자기공명 분석기
제 3 절 핵 사중극 공명
4.3-1 시료준비
4.3-2 핵 사중극 공명 분석기
제 4 절 저온장치
4.4-1 액체질소 항온기
4.4-2 액체수소 항온기
4.4-3 액체헬륨 항온기
4.4-4 극저온 항온기
제 5 장 핵 자기공명
제 1 절 화학적 이동
5.1-1 실험적 사실
5.1-2 간단한 이론
제 2 절 핵 사중극 상호작용의 이차효과
5.2-1 축 대칭인 경우
5.2-2 비 대칭인 경우
5.2-3 섭동으로 취급하기 어려운 경우
제 3 절 공명선 선폭
5.3-1 쌍극자 선폭
5.3-2 요술각도 자전기술
제 4 절 상자성체의 핵 자기공명
5.4-1 비자성 원자의 핵
5.4-2 자성 원자의 핵
제 5 절 반강자성체의 핵 자기공명
5.5-1 비자성 원자의 핵
5.5-2 자성 원자의 핵
제 6 절 강자성체의 핵 자기공명
5.6-1 자성 원자의 핵
5.6-2 비자성 원자의 핵
제 7 절 분말시료의 핵 자기공명
5.7-1 축 대칭인 경우
5.7-2 비 대칭인 경우
제 6 장 전자 자기공명
제 1 절 g 텐서
6.1-1 g 텐서의 결정방법
제 2 절 영자기장 갈라지기
6.2-1 S = 5/2 인 경우
6.2-2 S = 7/2 인 경우
제 3 절 초미세 상호작용
6.3-1 초미세구조: 이차효과
6.3-2 핵 사중극 상호작용
6.3-3 극초미세 상호작용
제 4 절 교환 상호작용
6.4-1 공명조건에 미치는 효과
6.4-2 공명선폭에 미치는 효과
제 5 절 불순물과 결함의 전자 자기공명
6.5-1 입방결정내의 수소원자
6.5-2 CaF2 구조내의 희토류 불순물
6.5-3 NaCl 구조내의 착색중심
6.5-4 반도체내의 불순물 및 결함
6.5-5 LiNbO3내의 철족과 희토류 불순물
제 6 절 정렬된 스핀계의 전자 자기공명
6.6-1 강자성 공명
6.6-2 반강자성 공명
제 7 절 분말시료의 전자 자기공명
6.7-1 초미세항이 없는 경우
6.7-2 초미세항이 있는 경우
제 7 장 핵 사중극 공명
제 1 절 핵 사중극 인자의 해석
7.1-1 원자에 속하는 전자의 기여
7.1-2 원자 밖에 있는 이온들의 기여
제 2 절 온도 효과
7.2-1 Bayer 이론
제 3 절 자기장 효과
7.3-1 축 대칭인 경우
7.3-2 비 대칭인 경우
제 4 절 전기장 효과
7.4-1 정수 스핀의 원자핵
7.4-2 반정수 스핀의 원자핵
제 5 절 불순물 효과
7.5-1 동일한 결정형 불순물
7.5-2 결정형이 다른 불순물
7.5-3 복사선 조사 효과
부록 1 자기공명과 관련된 노벨상 수상 기록
부록 2 Lorentz형의 선모습 함수
부록 3 (3.2-21)식에서 (3.2-23)식의 유도 과정
부록 4 Computer program for NMR and EPR data analysis
부록 5 전자-원자핵 이중공명(the electron-nuclear double
resonance, 약칭 ENDOR)
부록 6 전문 참고서적

저자 : 조성호

고려대학교 명예교수 서울대학교에서 물리학 학사와 석사 학위를 마치고 미국 브라운(Brown) 대학교 대학원에서 실험 고체물리학으로 이학박사 학위를 받았다. 고려대학교 이과대학 물리학과 부교수, 교수로 재직하며 한국물리학회 부회장, 고려대학교 이과대학 학장, 한국자기공명학회 회장 등을 지냈고, 현재 한국기초과학지원연구원 서울센터 명예연구원 및 한국과학기술한림원 원로회원이다. 《고체자기공명》(2004년 대한민국학술원 우수학술도서), 《조성호 교수의 재미있는 물리돋보기》(2006) 등의 연구서와 교양서를 펴냈다.... more

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