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첨단기술정보

양자효과를 고려한 전위 운동(dislocation motion)의 재해석

전문가 제언: 금속결정의 변형은 전위(dislocation)의 운동을 통해 일어난다. 열적 진동이 없는 상태에서 전위의 운동에 대한 결정격자의 저항을 극복하기 위해서는 ‘Peierls 응력’이 필요하다. 전위가 Peierls 메커니즘에 의해 움직일 때는 결정의 열적 진동이 때때로 킹크 쌍(kink pair: 전위 선상에 형성되는 한 쌍의 계단)을 생성시키고, 이 킹크 덕분에 전위는 더 쉽게 움직일 수 있게 된다. 고전적 전이상태 이론(transition-state theory, TST)에서는 킹크의 생성이 전위 운동의 속도를 결정짓는다고 생각한다. 그러나 고전적 TST가 예측하는 킹크 핵생성의 장벽은 실제 측정치보다 훨씬 높고, 이 차이는 bcc 금속과 저온상태에서 더 심하다. 최근 Proville 등(Nature Materials, 11, pp.845~849, 2012)은 bcc 금속인 철의 전위이동에 대한 연구에서 저온에서는 양자효과가 전위이동에 중요한 역할을 수행하며, 그에 따라 고전적 TST를 수정할 필요가 있다는 것을 보였다. 이 발견은 재료의 기계적 성질의 정량적 예측 능력을 크게 향상시킬 것으로 기대된다.