Optical properties of organic epsilon-near-zero materials in the visible spectral range

Optical metamaterials are artificial materials with subwavelength inclusions, which exhibits optical properties not readily seen in nature. Among the optical metamaterials, epsilon-near-zero (ENZ) metamaterials are important in various applications, since it makes possible to implement planar optics and optical cloaking because of a controllable optical phase shift. Related to ENZ metamaterials, it is noteworthy to examine the optical response of a metal, of which is described by Drude permittivity. Near the plasma frequency ω_p, located in the ultra-violet spectrum range in noble metals owing to a high carrier concentration, Drude permittivity changes signs exhibiting a spectral range where epsilon is near zero. In organic materials, on the other hand, there are plenty of flexibility to control the carrier concentration due to the diversity of the carbon orbital hybridization. Additionally, the carrier density can be further controlled by the material packing density. Based on these, we obtained organic ENZ films. In this thesis, the optical characteristics of organic ENZ thin films are experimentally investigated. Primarily the dispersion of dielectric constants are measured by spectroscopic ellipsometry (SE). In addition, attenuated total internal reflection (ATR) measurements are carried out to identify the presence of the negative and real part of dielectric permittivity. Linear optical properties of ENZ thin films are measured by UV-Vis spectrophotometer. In order to examine the consistency of the dispersion of dielectric function measured by SE and linear optical properties, finite different time domain (FDTD) simulation was adopted. The new conjugated molecule based ENZ materials showed unique optical properties corresponding to the ENZ characteristics in visible spectral range.;광학 메타물질은 파장보다 크기가 작은 광학요소들로 이루어진 인공소재로서 자연에서 쉽게 볼 수 없는 광학특성을 보여준다. 광학 메타물질 가운데 유전상수 값의 절대이 1 이하인 물질을 epsilon-near-zero (ENZ)라고 부르며, 광학 위상을 다양하게 제어할 수 있어 평면 광학부품으로 제작이 용이하고, 투명 망토 효과 등을 구현하는데 유용하다. 자유전하 운반체로 구성된 매질의 광학적 반응을 기술하는 드루드 유전율 (Drude Permittivity)에 따르면 유전 상수 값이 0 이 되는 진동수는 플라즈마 진동수라 하며, 플라즈마 진동수 전후로 유전상수의 절대값이 1 이하인 영역이 존재한다. 즉, 플라즈마 진동수 전후의 이 영역이 ENZ 영역에 해당한다. 그러나 금속의 경우 전하의 부피밀도의 제곱근에 비례하는 플라즈마 진동수는 높은 자유전자 밀도로 자외선 영역에 있다. 반면에 유기물에서는 전하운반체의 농도를 다양하게 제어할 수 있다. 첫째, 분자궤도의 이종접합과 공액성질을 이용하여 단위 분자당 전하운반체의 농도를 제어할 수 있고, 둘째, 유기물의 패킹밀도 조절을 통하여 단위 부피당 전하운반체의 농도를 제어할 수 있다. 따라서, 유기물의 경우 가시광선 영역에서 ENZ 반응을 얻을 수 있다. 본 논문에서는 이러한 논의에 근거하여 설계되고 합성된 유기 ENZ 박막의 광학 특성을 실험적으로 조사하였다. 먼저, 유전상수 스펙트럼의 실수값, 허수값, 박막의 두께는 타원 분광기 (Spectroscopic Ellipsometry)를 이용하여 측정하였다. 또한, 감쇠내부전반사 (Attenuated Total internal Reflection) 측정을 통하여 유전상수 스펙트럼의 실수부가 음수인지 확인 하였다. ENZ 박막의 선형 광학적 특성은 자외선-가시광선 영역 (UV-Vis) 분광측정기를 이용하여 측정하였다. SE를 통하여 측정한 유전상수 스펙트럼을 바탕으로 선형 광학적 특성과 ATR측정 데이터를 유한-차이-시간 영역 (finite-difference-time-domain, FDTD) 시뮬레이션 방법을 이용하여 확인 함으로써, SE로 얻은 유전 상수 스펙트럼이 일관성 있음을 확인 하였다. 폴리메틴 (polymethine) 분자계열에 기초하여 설계하고 합성한 유기 ENZ박막의 특성을 조사하기 위해, 폴리메틴 분자계열 유기분자의 주게(donor)와 받게(acceptor)의 치환에 따른 형광스펙트럼을 측정하였다. 방향 분극율(orientational polarizability)과 이에 따른 스토크스 천이 (Stokes shift) 관계로부터 ENZ특성을 보이는 분자 구조를 확인 하고, 수십 나노미터 두께의 박막을 제작하여 가시광선 스펙트럼 영역에서 ENZ 반응을 보이는 것을 확인 하였다.I. Introduction 1 A. What is epsilon-near-zero (ENZ) 1 B. Application of ENZ 5 II. Characterization 6 A. Characterization models 6 1. Lorentz dispersion model 6 2. Cauchys equation 8 3. Kramers-Kronig relation 9 4. Symmetry of dielectric constant, isotropic, uniaxial , and biaxial 14 B. Attenuated total reflection (ATR) 16 C. Spectroscopic ellipsometry (SE) 17 1. Ellipsometry data fitting 20 2. Finite difference time domain (FDTD) 30 III. Organic ENZ films 32 A. Why organic ENZ 32 B. What is polymethine 36 C. Why curcuminoid 39 IV. Results and Discussion 41 A. Introduction 41 B. Sample preparation 42 C. Measurements 43 1. Photo-physical characterizations of organic molecules in solution 43 2. Ellipsometry fitting 51 3. Spectroscopic ellipsometry analysis 59 V. Conclusion 64 Bibliography 65 A. Appendix 67 A1. Hemi Curcuminoid Reflection/Transmission 67 A1. Curcuminoid Reflection/Transmission 69 Abstract (inKorean) 7

Teachers' perception of students' learning styles and its relationship with their teaching styles by investigating practical knowledge of middle school science teachers

개인의 다양성을 고려한 교육은 미래 사회를 대비하는 과학 교육의 주요 과제 중 하나이다. 학교 교육에서 이러한 수업을 하기 위해서는 학습자의 특성뿐 아니라 학습자에게 적합한 효과적 학습 방법이 무엇인지 생각해 볼 필요가 있다. 따라서 본 연구는 과학 교사들과의 심층면담을 통해 중학생들이 수업에서 보여주는 학습양식에 대해 탐색해보고 실제 과학 학습에서 고려해야 할 학습자들의 다양성과 교수학습 방법에 대해 조사하였다. 중학교 과학 경력 교사 20명과의 개별면담은 반구조화 면담 형식으로 1회, 60~90분 정도 진행되었다. 면담은 교사의 교육 경험 이야기를 듣는 단계와 기존 이론이 학생들의 학습양식을 잘 설명하고 있는지 교사들의 의견을 들어보는 단계로 이루어졌다. 면담 내용은 모두 녹음되었고, 전사하여 개념들을 도출하고 범주화하였으며(1차 코딩), 범주들 간의 유사성과 차이점을 확인하였다(2차 코딩). 이렇게 분석된 각각의 사례들은 다시 사례 간 비교 분석을 통해 20명의 교사들에게서 공통적으로 나타나는 현상 및 주제 등을 찾아보았다. 연구 결과, 참여 교사들은 학생들의 학습양식에 대해 네 가지 유형으로 인식하고 있었는데, 이는 인지능력의 차이, 학습 접근 태도의 차이, 사회적 상호작용의 차이, 학습방법의 차이이다. 첫째, 인지능력의 차이는 학생들의 발달 단계나 성취에서 다양성을 느끼는 형태이고, 둘째, 학습 접근 태도의 차이는 관심이나 흥미에 따라 과학 학습에 대한 접근 태도가 달라지는 것을 의미한다. 셋째, 사회적 상호작용의 차이는 교사와 학생 간 질문이나 응답 형태 등에서 나타나는 차이이며, 넷째, 학습방법의 차이는 학습방법에 있어 다양한 전략들을 나타내는 것을 의미한다. 그러나 전반적으로 중학교 과학 교사들은 그들의 교육 경험 속에서 학생들의 학습양식에 대해 대체적으로 감각적이며 활동적이라 이해하고 있었다. 상호작용에 있어 나타나는 학생들의 학습양식에 대해서는 수업에서 모두 관찰되어지나 유형화하는데 큰 의미를 느끼지 못하였다. 또한, 학습양식에 대한 인식을 수업에 반영하는데 있어 교사들의 교수양식 적용 형태는 크게 네 가지 유형으로 나타났다. 첫째, 교사가 학생들의 학습양식을 파악하여 이에 맞는 교수양식을 제공하는 유형, 둘째, 교사가 학생들의 학습양식을 파악하여 이에 부족한 부분을 채우거나 보충할 수 있는 형태의 교수양식을 제공하는 유형, 셋째, 너무나 다양한 학생들의 학습양식에 맞추기 어려우므로 다양한 교수양식을 제공하는 유형, 마지막으로 교사의 교육신념과 경험에 의해 형성된 실천적 지식을 바탕으로 학습양식 보다는 교사의 자신 있는 교수양식을 학생들에게 제공하는 유형이었다. 그러나 대부분의 교사들은 교수양식뿐 아니라 학습양식에 대한 이해와 이에 대한 적용에 있어서도 복합적인 형태를 나타냈기 때문에 이를 한 가지 유형으로 구분하는 데에는 한계가 있었다. 결과적으로 교사들이 교육 경험 속에서 인식한 학생들의 학습양식은 교사의 교수방법을 변화시키는 하나의 원인이 될 수는 있으나, 교수양식에 직접적으로 영향을 미치지는 않는 것으로 보인다. 이러한 원인은 교수양식에 직접적 영향을 미치는 것은 교사의 교육 철학이나 신념 등이며, 많은 교사들은 학습자들의 학습양식을 고려하는 것을 당연한 것으로 인식하고 이미 실천하고 있기 때문이라 생각해 볼 수 있다. 그러나 교사들이 인식하고 있는 학습양식은 학생 개개인의 다양한 학습양식이라기 보다는 보편적인 중학생들의 학습양식으로 인식하는 경향을 보였다. 이는 학습양식의 다양성을 교육현장에서 존재하는 하나의 단순한 현상으로 받아들이게 할 수 있다. 그러므로 학습양식에 대한 교사들의 좀 더 적극적인 인식이 필요하다 할 수 있다. 이러한 이유에서 교사 교육이나 연수 등을 통해 학습양식과 교수양식의 연관성에 대한 구체적 예시들을 교사들에게 소개할 필요가 있다. 학생들의 학습양식을 고려한 수업은 학생들의 내적 동기를 증가시키는데도 효과적이며, 자기 주도적 학습을 할 수 있는 능동적 학습자로 성장시키는 원동력이 될 수 있기 때문이다.;The purpose of this dissertation is to explore middle school science teachers' practical knowledge on learning styles and to investigate effective teaching styles. The major data source was gathered by in-depth interviews with 20 individual science teachers (about 60-90 minutes for each interview). Most of the teachers have more than 10 years of teaching experience in middle schools (about 14 years in average). The interviews were conducted using semi-structured interview protocol, which consisted of two major parts: (1) teachers' practical knowledge on students' individuality in learning and (2) reinterpretation of learning style models. All the interviews were audio-taped and transcribed. Data analysis started from initial and focused coding, suggested by Charmaz(2000). A cross-case analysis was performed to obtain more general insights regarding the phenomenon. The results were as follows. First, the teachers tended to understand the meaning of learning styles as individual differences in (1) cognitive ability, (2) attitudes toward science learning, (3) social interaction patterns with teachers, and (4) learning skills. Second, there were four categories on matching learning and teaching styles: teachers provided students with teaching style (1) matched on learning styles, (2) supplementary to insufficient learning styles, (3) variously because of difficulty in matching on diverse students' learning styles, and (4) of their own with confidence through long experience. Of course, it is difficult to classify teachers as one type. Because teachers have manifold teaching styles as well as understanding about students' learning styles. Overall, teacher's perception of students' learning style was a cause of changing teaching method but, did not have direct influence on teaching on teaching style. This means that teaching style may be more affected by teacher's belief. Also, many of teachers practice in their class considering students' learning style. But most of teachers recognized students' learning style as generality rather than individual variations. Therefore, it needs to introduce specific cases of relationship with learning style and teaching style to teachers.Ⅰ. 서론 = 1 A. 연구의 필요성 및 목적 = 1 B. 연구 문제 = 3 C. 용어 정의 = 4 D. 연구의 제한점 = 5 Ⅱ. 이론적 배경 = 6 A. 학습양식 = 6 1. 학습양식의 개념 = 6 2. 학습양식의 유형 = 10 가. 인지적 성향 중심 = 13 나. 정보처리 과정 중심 = 19 다. 교육 환경 선호 중심 = 30 3. 학습양식의 연구동향 = 35 B. 교수양식 = 39 1. 교수양식의 유형 = 40 2. 교수양식과 학습양식의 조화 = 44 C. 교사의 실천적 지식 = 45 1. 실천적 지식의 개념 = 45 2. 교사 이야기(narrative) = 48 Ⅲ. 연구 방법 = 50 A. 연구 설계 = 50 B. 연구 대상 = 51 C. 자료 수집 및 분석 = 53 1. 연구자의 역할 = 53 2. 자료 수집 = 54 3. 자료 분석 = 55 가. 분석 체계 = 59 나. 사례 간 비교 분석 = 60 다. 결과의 제시 = 61 4. 연구의 신뢰도 확보 = 62 Ⅳ. 연구 결과 및 논의 = 64 A. 교사의 실천적 지식에 나타난 학습양식에 대한 이해 = 64 1. 학습양식 이해에 대한 유형 = 64 가. 인지 능력의 차이 = 65 나. 학습에 대한 접근 태도의 차이 = 67 다. 사회적 상호작용의 차이 = 71 라. 학습방법의 차이 = 73 2. 학습양식 이론에 대한 교사들의 견해 = 76 가. 정보처리 과정 중심 학습양식 = 76 나. 사회적 상호작용 중심 학습양식 = 88 3. 중학생들의 과학 학습양식에 대한 교사들의 인식 = 92 B. 학습양식과 연관된 교수양식 분석 = 97 1. 교사들의 사례 = 97 가. 최 교사 = 99 나. 강 교사 = 102 다. 장 교사 = 106 라. 한 교사 = 111 마. 신 교사 = 113 2. 학습양식과 교수양식과의 연관성 유형 = 116 가. 학습양식에 맞는 교수양식 제공 = 117 나. 부족한 학습양식을 보충하는 교수양식 제공 = 118 다. 다양한 교수양식 제공 = 121 라. 실천적 지식에 따른 자신 있는 교수양식 제공 = 123 Ⅴ. 결론 및 제언 = 127 A. 결론 = 127 B. 제언 = 131 참고문헌 = 135 ABSTRACT = 14

The creativity of Korean leaders and its implications for creativity education

This research explores the promoting elements of Korean leaders' creative achievements, and provides implications for creativity education which are suitable in the Korean sociocultural context. In-depth interviews focusing on their school life and personal growth were held with twelve leaders, four each in the fields of science, humanities, and art. The results of these interviews revealed that a solid basis of basic knowledge, the ability to connect domains from experience in various fields, challenge, and social contribution were the promoting elements for creative achievement. In addition, permissive parents, psychological support from teachers, and horizontal relationships in organizations were affective. Thus, for promoting creativity in Korean education, the importance of knowledge-base, shared values, teamwork, and teacher role are discussed