산소 팔면체 회전 및 관련 물성의 이종에피택시 제어

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 자연과학대학 물리·천문학부(물리학전공), 2021. 2. 노태원.The rotation of oxygen octahedron is a fundamental structural distortion in a group of materials called perovskite oxides. The oxygen octahedral rotation (OOR) allows the perovskite oxides to accommodate a variety of transition metal ions, generating a rich spectrum of correlated electronic phases. In these correlated electron systems, the strong interplay between charge, spin, orbital, and lattice degrees of freedom makes the OOR a decisive factor when investigating the associated physics. Moreover, it implies that the controlled manipulation of the OOR leads to the highly tunable physical properties of the transition metal oxides (TMOs). This dissertation experimentally demonstrates the manipulation of the OOR and the associated physical properties in epitaxial perovskite oxide heterostructures. Artificial heterostructures composed of perovskite oxide have brought about a wide range of emergent phenomena and functionalities. This versatile platform largely originates from the high integrability of the ABO3 perovskite structure which can form a well-defined interface with the other. Since the OOR is a collective motion of three-dimensionally connected octahedron, substantial octahedral connectivity is expected at the oxide interfaces. Here, we exploit the interfacial octahedral connectivity to control the OOR, thus realizing novel ferroelectricity and tunable electronic structures. There can be 23 possible patterns of the OORs, but only a few OOR patterns are predominantly present as bulk crystals. This has restricted the range of possible properties and functions of perovskite oxides, necessitating the utilization of nonequilibrium OOR patterns. we demonstrate that a designed metastable OOR pattern leads to robust room-temperature ferroelectricity in CaTiO3, which is otherwise paraelectric in equilibrium. Based on density functional theory, we surveyed 10 possible nonequilibrium OOR pattern of CaTiO3 and found a metastable OOR pattern which is cooperative with ferroelectricity. We stabilized the target OOR pattern of CaTiO3 using the geometric design of epitaxial heterostructures. Atomic-scale imaging combined with deep neural network analysis confirms a close correlation between the metastable OOR pattern and electric polarization. The attained electric polarization was switchable and stable at room-temperature, demonstrating that manipulation of OOR pattern can create unconventional ferroelectric materials. Despite the tremendous interest on the electronic structures at the oxide interfaces, no direct experimental probe has been made. To manifest how the oxide interfaces modify the electronic structure, we necessitate a proper experimental platform to explore the phenomena. Conceiving that such interfacial effect would has limited length scale, we first search for an atomically thin and electronic TMO heterostructure. In the experimental reports so far, the TMO thin films have become insulating when confined to a single-atomic-layer thickness. This is not only because the electronic phases are intrinsically insulating, but also because of the experimental difficulties of maintaining the metallic phases down to monolayer limit. Combining atomic-scale control of epitaxy and angle-resolved photoemission spectroscopy, we discovered that the monolayer SrRuO3 is a strongly correlated metal. Our systematic investigation reveals a close correlation between the electronic phase and magnetism. After clarifying the electronic structures of the SrRuO3 films down to monolayer, we experimentally demonstrate the interface control of electronic structure at the TMO heterostructures. We employed insulating buffer layers of BaTiO3, SrTiO3, and CaTiO3 which impose different structural symmetries to the SrRuO3 layers. Above two monolayer thickness, no significant change has been observed in the electronic structures of SrRuO3 films. However, at the two and one monolayer thickness, substantial modification of the electronic structure has been made. In the monolayer limit, the two-dimensional electronic structures have crossover between Fermi-liquid, Hund’s metal, and antiferromagnetic Mott insulators.산소 팔면체의 회전은 페로브스카이트 산화물이라고하는 물질 군 에서의 근본적인 구조 변형이다. 이 산소 팔면체 회전은 페로브스카이트 산화물이 다양한 전이 금속 이온을 수용할 수 있도록 하여, 큰 범위의 강상관 전자 상을 형성한다. 이러한 강상관계 물질에서 전하, 스핀, 궤도 및 격자 자유도 간의 강력한 상호 작용은 관련 물리학을 연구함에 있어서 산소 팔면체 회전을 결정적인 요소로 만든다. 더 나아가, 산소 팔면체 회전의 정교한 조작을 통해 전이금속의 제어가능한 물성을 구현할 수 있음을 암시한다. 이 학위논문은 에피택시얼 페로브스카이트 산화물 이종구조에서 산소 팔면체 회전 및 관련 물성의 제어를 실험적으로 보여준다. 페로브스카이트 산화물로 구성된 인공 이종 구조는 광범위한 발현현상과 기능성을 가져왔다. 이 다방면으로 유용한 시스템은 다른 물질과 잘 정의된 계면을 형성할 수 있는 ABO¬3 페로브스카이트 구조의 높은 집적도에서 비롯된다. 산소 팔면체 회전은 3차원적으로 연결된 팔면체의 집합적 움직임이기 때문에 이 산화물 계면에서는 강한 팔면체 연결성이 예상된다. 우리는 산소 팔면체 회전을 제어하기 위해 이 계면 팔면체 연결성을 이용하여 새로운 강유전성과 제어 가능한 전자 구조를 실험적으로 구현하고자 한다. 산소 팔면체 회전은 23 가지 가능한 패턴이 있지만 몇 개의 회전 패턴 만이 덩치 시료에서 존재한다. 이러한 경향은 페로브스카이트 산화물의 가능한 특성 및 기능의 범위를 제한하고, 이를 극복하기 위해 비평형 산호 팔면체 회전 패턴의 활용이 필요하다. 이 학위논문에서는 인공적으로 설계된 준 안정 산소 팔면체 회전 패턴이 CaTiO3에서 강한 실온 강유전성을 유도한다는 것을 보여준다. 먼저, 밀도범함수 이론을 기반으로 CaTiO3의 10 가지 가능한 비평형 산소 팔면체 회전 패턴을 조사하고, 그중 강유전성과 협동하는 준 안정 산소 팔면체 회전 패턴을 발견했다. 우리는 에피택시얼 이종구조의 기하학적 설계를 사용하여 CaTiO3의 목표 산소 팔면체 회전 패턴을 안정화했다. 심층 신경망 분석과 결합된 원자 단위 시각화 방법으로 준 안정 산소 팔면체 회전 패턴과 전기 자발 분극 간의 밀접한 상관 관계를 확인했다. 이 전기 자발 분극은 상온에서 반전 가능하고 안정적이었으며, 이는 산소 팔면체 회전 패턴의 제어가 새로운 강유전성 물질을 만들 수 있음을 보여준다. 산화물 계면의 전자 구조로의 큰 관심에도 불구하고 직접적인 실험 규명은 이루어 지지 않았는데, 이를 극복하기 위해선 산화물 계면의 전자 구조를 연구하기 위한 새로운 실험 방법의 개발이 필요하다. 우리는 이러한 계면 제어 효과가 공간적으로 제한된 규모를 가질 것이라고 생각하고, 먼저 수 원자 층 단위 두께의 얇은 전자 전이 금속 산화물 이종 구조를 탐색하였다. 지금까지의 보고들 에서는 전이 금속 산화물 박막은 단일 원자 층 두께로 제한될 때 부도체 특성을 보여왔다. 이는 전자 상이 본질적으로 부도체 이기 때문일 뿐만 아니라 도체 특성을 단일 원자 층 한계까지 유지하는 실험적 어려움 때문이기도 하다. 우리는 원자단위 켜쌓기와 각분해 광 전자 분광법을 결합하여 단일 원자 층 SrRuO3가 강한 상관관계를 가지고 있는 금속이라는 것을 발견했다. 체계적인 분석을 통해 전자 상과 자성 사이의 밀접한 상관 관계를 규명하였다. SrRuO3 박막의 전자 구조를 단층까지 규명한 후, 우리는 전이 금속 산화물 이종 구조에서 전자 구조의 계면 제어를 실험적으로 시연한다. 우리는 SrRuO3 층에 다른 구조 변형을 부여하는 BaTiO3, SrTiO3 및 CaTiO3의 부도체 완충 층을 사용했다. 두 원자 층 두께 이상에서는 SrRuO3 필름의 전자 구조에서 큰 변화가 관찰되지 않았지만, 두개와 단일 원자 층 두께에서 계면에 의한 전자 구조의 변화를 관측했다. 단일 원자 층 한계의 2 차원 전자 구조에서는 Fermi-liquid, incoherent metal 그리고 Mott insulator 잔자상의 교차가 이루어 졌다.Abstract Contents List of Figures 1 Introduction…………………………………………………………………………1 1.1 Octahedral rotation in perovskite oxides………………………………………1 1.2 Oxygen octahedral rotation in correlated electron systems……………………2 1.3 Heteroepitaxial manipulation of oxygen octahedral rotation…………………7 2 Fabrication of epitaxial oxide heterostructures…………………………………10 2.1 Preparation of perovskite oxide substrates……………………………………10 2.1.1 atomically flat and singly terminated substrates for constructing epitaxial oxide heterostructures……………………………………………………10 2.1.2 Experimental methods……………………………………………………13 2.1.3 Thermal annealing………………………………………………………15 2.1.4 Chemical etching…………………………………………………………20 2.1.5 Surface termination analysis by ion scattering spectroscopy……………23 2.1.6 Possible surface structures of LaAlO3 (001) substrates after water leaching…………………………………………………………………26 2.1.7 Fabrication of an abrupt oxide heterointerface on LaAlO3 (001) surfaces…………………………………………………………………28 2.1.8 Other substrates…………………………………………………………30 2.2 Pulsed laser deposition of epitaxial oxide heterostructures…………………31 2.2.1 Pulsed laser deposition…………………………………………………31 2.2.2 Parameters of pulsed laser deposition……………………………………34 2.2.3 Optimization of high-quality perovskite oxide thin films………………35 2.3 Summary………………………………………………………………………37 3 Stabilizing hidden room-temperature ferroelectricity via a metastable atomic distortion pattern……………………………………………………………………41 3.1 Background……………………………………………………………………42 3.1.1 Pattern of oxygen octahedral rotation (OOR)……………………………42 3.1.2 Ferroelectricity…………………………………………………………44 3.1.3 Structural coupling between OOR and ferroelectricity…………………45 3.2 Experimental methods…………………………………………………………46 3.2.1 Growth and characterization of thin films………………………………46 3.2.2 Piezoresponse force microscopy (PFM)…………………………………48 3.2.3 Density functional theory (DFT) calculation……………………………48 3.2.4 Second harmonic generation (SHG)……………………………………49 3.2.5 Scanning transmission electron microscopy (STEM)……………………50 3.3 Results and Discussion………………………………………………………50 3.3.1 Theoretical survey on nonequilibrium octahedral rotation pattern………50 3.3.2 Heteroepitaxial stabilization of metastable octahedral rotation pattern…53 3.3.3 Atomic-scale visualization of oxygen octahedral rotation………………56 3.3.4 Switchable and stable polarization at room-temperature………………61 3.3.5 Discussion………………………………………………………………64 3.4 Summary………………………………………………………………………65 4 Demonstration of controllable electronic structures at oxide heterointerfaces…69 4.1 Background……………………………………………………………………70 4.1.1 Emergent phenomena at oxide interfaces………………………………70 4.1.2 Metal-insulator transition in ultrathin oxide films………………………71 4.1.3 Motivation………………………………………………………………72 4.2 Observation of a metallic single-atomic-layer oxide………………………73 4.2.1 Design of charging-free ultrathin SrRuO3 heterostructures……………76 4.2.2 Thickness-dependent electronic structures of ultrathin SrRuO3 films…79 4.2.3 Electronic coherency and magnetism in ultrathin SrRuO3 films………82 4.2.4 Interplay between dimensionality, electronic correlation, and magnetism………………………………………………………………85 4.2.5 Charge modulation of the monolayer SrRuO3…………………………86 4.3 Interface control of electronic structures in ultrathin oxide heterostructures…89 4.3.1 Interface control of octahedral distortion………………………………89 4.3.2 Crossover between Mott insulator, incoherent metal, and Fermi liquid in the monolayer SrRuO3…………………………………………………91 4.4 Summary..……………………………………………………………………93 5 Conclusion…………………………………………………………………………96 Publication List 국문 초록 (Abstract in Korean) 감사의 글 (Acknowledgements)Docto

측정 가속도를 이용한 탄성 지지된 강체의 반력 계산 및 무게 중심 위치 결정

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 건설환경공학부, 2017. 2. 이해성.이 논문은 탄성받침으로 지지된 구조물의 탄성받침반력과 구조물의 무게중심 위치 및 변위를 추정하는 기법을 제안한다. 탄성받침의 반력을 직접 계측하는 것은 값비싼 측정비용과 노력을 요구한다. 또한 설계단계에서 추정한 무게중심의 위치는 시공 혹은 제작 과정에서 발생하는 오차와 사용 단계에서 발생하는 구조계 변형을 반영하지 못한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 이 연구에서는 구조물 표면에서 측정한 가속도에 강체운동식과 변위재구성기법을 적용하여 탄성받침반력과 무게중심 위치 및 변위를 계산한다. 탄성받침의 반력을 계산하기 위하여 강체운동식을 이용하여 탄성받침의 상대가속도를 계산한 후 변위재구성기법을 적용하여 변형을 계산한다. 최종적으로 탄성받침의 힘-변형관계를 이용하여 반력을 계산한다. 무게중심의 위치는 뉴턴의 운동 제 2법칙으로 계산된 무게중심 가속도와 강체운동식으로 계산된 무게중심의 가속도의 함수 잔차를 최소화 시키는 최적화문제로 추정한다. 최종적으로 강체운동식으로 무게중심의 가속도를 구한 후 변위재구성기법을 적용하여 무게중심 변위를 계산한다. 제안된 기법을 검증하기 위해 구조물이 고정된 본체에 연결된 상황과 이동하는 본체에 연결된 상황에 대해서 수치예제를 구성하고 적용한다.1. 서론 1 2. 강체운동식 및 운동방정식 4 2.1 강체 운동 4 2.1.1 3차원회전변환 5 2.1.2 1차 근사된 3차원회전변환 8 2.2 강체운동식 10 2.3 강체운동방정식 11 3. 변위재구성기법 16 3.1 정규화기법 16 3.1.1 가속도-변위 미분관계식 지배방정식 및 전달함수 16 3.1.2 정규화를 도입한 최적화식의 지배방정식 및 전달함 17 3.2 정규화계수 결정 20 3.3 유한요소 이산화 21 3.4 시간창기법 25 4 탄성받침반력추정기법 28 4.1 탄성받침의 상대가속도 계산 28 4.1.1 각가속도 계산 30 4.1.2 상대가속도 주파수 특성 31 4.2 탄성받침의 반력 계산 35 5. 무게중심 위치 및 변위 추정기법 37 5.1 무게중심 위치 추정기법 37 5.1.1 무게중심 위치 추정식 주파수 영역 특성 39 5.1.2 버터워스필터 41 5.2 무게중심 6축변위 계산 44 6. 수치예제 45 6.1 수치 예제 1 45 6.1.1 수치 예제 구성 46 6.1.2 구조물의 각가속도 계산 결과 48 6.1.3 탄성받침 상대가속도 계산 결과 49 6.1.4 변위재구성 주요 계수 결정 49 6.1.5 탄성받침반력 계산 결과 49 6.1.6 구조물 무게중심 위치 추정 결과 50 6.1.7 구조물 무게중심 가속도 계산 결과 50 6.1.8 구조물 무게중심 6축변위 계산 결과 50 6.2 수치 예제 2 66 6.2.1 수치 예제 구성 66 6.2.2 구조물의 각가속도 계산 결과 66 6.2.3 탄성받침 상대가속도 계산 결과 67 6.2.4 변위재구성 주요 계수 결정 67 6.2.5 탄성받침반력 계산 결과 72 6.2.6 구조물 무게중심 위치 추정 결과 72 6.2.7 구조물 무게중심 가속도 계산 결과 74 6.2.8 구조물 무게중심 6축변위 계산 결과 74 7. 결론 89 참고 문헌 92 Abstract 94Maste

하둡에 기반한 빅데이터 관리 시스템 구축 및 사례 연구

데이터 생성량의 증가로 인해 다양한 분야에서 빅데이터의 활용에 대한 필요성이 커지고 있다. 그중 IOT 기반 데이터는 센서로부터 실시간으로 대량의 데이터를 수집하기 때문에 데이터 생성량이 큰 비율을 차지하고 있으며, 이를 활용할 수 있는 빅데이터 시스템의 필요성이 커지고 있다. 본 논문에서는 대용량 로그 데이터를 처리, 빅데이터 분석할 수 있는 빅데이터 시스템을 설계 및 구축하였다. 임의로 생성된 스마트카 상태 데이터를 주축으로 빅데이터의 수집, 적재, 탐색, 분석 과정에서 사용되는 프로그램들의 역할과 기능을 설명하고, 하둡을 중심으로 데이터 처리 과정을 분석하여 최종적으로는 추천 및 군집 분석 등 머신러닝 기술을 적용하였다.Abstract ⅲ 제 1 장 서 론 1 제 2 장 빅데이터의 이해 2.1 빅데이터 개념 3 2.2 빅데이터 현황 4 2.3 빅데이터 목적 6 2.4 빅데이터 구현 기술 7 제 3 장 빅데이터 관리 시스템 구축 3.1 시스템 아키텍쳐 10 3.2 수집 프로그램 11 3.3 적재 프로그램 12 3.4 탐색 프로그램 15 3.5 분석 프로그램 18 3.6 구축환경 20 제 4 장 구축한 시스템의 적용 사례 4.1 적용 사례 21 4.2 수집 레이어 23 4.3 적재 레이어 25 4.4 탐색 레이어 26 4.5 분석 레이어 31 제 5 장 결론 및 향후 연구 42 참고문헌 43Maste

쌍곡매듭 여공간 위의 사영구조

Thesis(doctoral)--서울대학교 대학원 :수리과학부,2004.Docto

지역 레지스터 할당을 위한 늦은 레지스터 Reconcile 기법

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :전기·컴퓨터공학부,2003.Maste

기하학적 센서융합 기법을 이용한 이동 로봇의 환경 모델링에 관한 연구

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :전기·컴퓨터공학부,2003.Maste

Liberty and the Nature of Liberal Education

이 글에서는 자유교육이 자유의 이념을 온당하게 받아들이고, 인간을 자유롭게 한다는 본래의 목적에 충실하고자 했는가를 논의하였다. 자유교육의 성격을 제도와 전통에로의 입문이라고 보는 주지주의자들이 주장하는 자유교육론에는 자유 아닌 강제성이 전제되어 있음을 확인하였다. 자유교육론에서 왜 자유와 강제성이 어색하게 결합되는가를 살펴보기 위하여 Berlin이 구분한 두 가지 자유의 의미를 분석하고, 자유가 추상화될 때 야기되는 위험성을 검토하였다. 이와 관련하여 자유교육의 이상을 실현하기 위하여 주장되는 자유의 패러독스 문제, 추상적으로 설정된 상위자아의 실현을 위하여 부과되는 자유로움으로의 강제 문제 등을 논의하였다. 자유의 문제가 개인의 가치와 개인이 추구하는 욕망, 그리고 열린 사회의 오류가능성을 존중하는 것이라면, 추상적 관념론에 근거한 전체주의의 맥락에서 자유교육을 규정하지 말아야 하며, 또한 실재론적 관점에서 자유교육의 성격을 제도와 전통에로의 입문으로 보고 자유교육이 자유로움으로의 강제를 조장해서는 안 된다는 점을 논의하였다. The topic in this paper follows from the fact as to whether or not human beings set free themselves from any kind of obstacles through education and liberal education actually contributes to achievement for its own particular aim as freeing the mind to function, freeing reason from error and illusion and freeing their conduct from wrong. Above all, the relationship between liberal education and an initiation into the civilised culture and tradition defined as its own objectives supported by some modern intellectualist philosophers such as Peters and Hirst has been argued in the light of the conceptions of liberty. To dissolve the close connection of liberal education with being forced to be free, Berlins two concepts of liberty has been examined and MacCallums triadic relation also tackled in order to remove the dichotomised fallacy in his negative and positive concepts of liberty. Through these analyses, if liberal education is to be connected with Berlins positive concept of freedom, obviously do the serious problems such as the paradox of freedom and paternalistic intervention frequently found in the educational situations arise. As to autonomy, liberal education can also get into danger of idealist totalitarianism and thus a solution has been suggested that autonomy is to be understood as a kind of capacity to enable one to inform ones own desire-fulfilment. Under the idea of openness and the fallibility in a liberal society, the paper concludes, the nature of liberal education should be reinterpreted as an educational principle enabling particular individuals to freely choose and decide what they actually want under the individualistic view, but not as compulsion forced by authorities, legitimate or not, and obedience to the abstract Moral Law. It is simply because liberty cannot be compulsion or obedience

8자매듭 보공간 다양체에서의 실사영구조의 변형

Thesis (master`s)--서울대학교 대학원 :수학과,1997.Maste

박리점에서의 후류 교란을 통한 항력 감소에 대한 수치해석적 연구

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :기계항공공학부,2003.Maste

A study on the analysis of posture balance based on multi-parameter

Dept. of Biomedical Engineering/박사This research measured and analyzed multi-parameter based posture balance after 24hours of sleep deprivation. The correlation of multi-parameter was determined by measuring and analyzing muscle activity, somatosensory, vestibular, central nervous system, stability and BMI with different posture in circadian condition.Body movement were check every 2 hours of interval after 24 hours of sleep deprivation.12 electrodes were used to check the movement of muscle of body. There were 13 subjects and average age was 25.5. Signals of vision, vestibular, somatosensory, central nervous system, stability, fall index, weight distribution, BMI is collected by using Treadmill, Cycle ergometer, force plate showing body motion to stay in balance.Comparing PO and PC, PC is evaluated as more influential factor in stability part. WDI seemed to be a statistical significance test and has big influential to posture balance. Looking at the time change of multi-parameter measured from physical sensory organ in PO balance posture, there was current of circadian change in vision, vestibular and stability. In the same posture measuring mean value by each method of measuring, mean value of vision and stability was almost same and there was decrease of mean value in vestibular and somatosensory and central nervous system and fall index showed big number of mean value.Looking at the time change of multi-parameter measured from physical sensory organ in PC balance posture, stability shown over 10% higher. By measuring each way of method in same posture, vestibular and stability shoed higher mean value.There is a significant difference between body position of hip and knee(A) to measured value of posture position for circadian in balanced condition. Shoulder movement decreased 4times but hip and knee(A) decreased 20 times loading more work on muscles increasing fatigue in walking posture. with change of measured value after sleep deprivation shoulder increases but knee(p) decreases and hip gradually decreased. There was statistical significance.In hips considering circadian posture position than other part of the body in walking posture. Muscle work decrease by some what from 10times and 100times in cycling posture, the overall muscle activity flows to negative current. At initial time and sleep deprivation shows that body works forward by biggest value in the neck. Therefore neck, hip, knee(A) part works forward than head, shoulder, knee(A) showing positive value in circadian condition. There is a pattern difference of movement of body in 24 hours of sleep deprivation. Movement of neck, shoulder, hip and leg is influential while opening the eyes and closing the eyes were confirmed. There is a need to check movement of body in many conditions after 36 hours of sleep deprivation and loading heavy body workage to measure the ability to control lung and body.ope