hotchpotch/wikipedia-multilingual-ir-pairs huggingface dataset:
음향 혼 응용
농업 및 일반적으로 건조 자재 처리에서 사운드 혼은 자재 흐름을 시작하거나 충격을 받은 자재를 강제로 방출하는 데 자주 사용된다. 곡물 사일로에서는 이러한 혼이 사일로 내부에 장착되어 사일로가 비워질 때 고착된 알갱이를 느슨하게 하는 데 사용될 수 있다. 일반적으로 이들은 약 120~250 Hz의 기본 주파수를 사용하고, 약 120 dB SPL이며, 압축 공기로 구동된다. 때로는 음향 세척기 또는 음향 혼이라고도 불린다.
많은 관악기에는 어떤 종류의 나팔형 벨 모양이 있다. 이들은 일반적으로 지수 함수적 구성이 아니며, 악기의 정상파 패턴을 수정하고 그에 따라 생성될 수 있는 음표를 변경하는 데 사용된다.
음향 혼 응용
"많은 악기의 나팔 모양 부분은 거의 원뿔형이다. 먼저 이것이 주파수 간격에 미치는 영향을 살펴보자. 파이프와 하모닉에 대한 페이지에서 우리는 닫힌 원뿔형 파이프가 닫힌 원통형 파이프보다 주파수가 더 높고 더 밀집된 공명을 가진다는 것을 보았다. 따라서 파이프의 원뿔형 또는 나팔 모양 부분을 도입하는 것을 정상파의 주파수를 높이고, 특히 낮은 음정의 공명 주파수를 가장 많이 높이는 것으로 생각할 수 있다. 벨도 이 효과에 기여한다. 빠르게 나팔 모양으로 벌어지는 벨에서는 긴 파장(낮은 음정)이 벨의 곡선을 가장 따르기 어려워 짧은 파장보다 더 일찍 반사된다. (이는 파장이 벨의 곡률 반경보다 훨씬 길기 때문이다.) 따라서 긴 파장은 효과적으로 더 짧은 파이프를 '보는' 것이라고 말할 수 있다."
이것은 나팔 모양이 없는 목관악기나 심지어 금속 악기와는 다른 금관 악기의 "금속성" 소리를 제공하는 효과와 귀가 가장 민감한 범위의 고조파가 이제 더 효율적으로 전달되므로 악기의 인지되는 음량을 증가시키는 효과를 가진다. 그러나 고주파수에서 향상된 복사는 정의상 정상파에 전달되는 에너지가 적다는 것을 의미하며, 따라서 고음역에서 덜 안정적이고 잘 정의되지 않은 음을 만들어 악기를 연주하기 더 어렵게 만든다.
음향 혼 자연에서
음향 혼은 수컷 땅강아지과가 노래를 증폭하기 위해 건설하는 굴 형태로 자연에서 발견된다. Gryllotalpa vineae는 1밀리미터보다 큰 불규칙성이 없는 조심스럽게 다듬은 굴을 판다. 그 노래는 땅을 진동시킬 만큼 충분히 크다. 3.5밀리와트의 기계적 출력은 1미터 거리에서 최대 92데시벨을 전달한다. 이 노래는 600미터 떨어진 곳에서도 들을 수 있다.
수중청음기
수중청음기 또는 하이드로폰(hydrophone, 고대 그리스어: ὕδωρ + φωνή)은 수중 음향을 녹음하거나 청취하기 위해 수중에서 사용하도록 설계된 마이크로폰이다. 대부분의 수중청음기는 음파와 같은 압력 변화를 받을 때 전위를 생성하는 압전 트랜스듀서를 포함한다.
수중청음기는 공기 중의 소리도 감지할 수 있지만, 공기보다 밀도가 높은 유체인 물의 음향 임피던스에 맞게 설계되어 공기 중의 소리에는 둔감하다. 소리는 공기보다 물에서 4.3배 더 빨리 이동하며, 물 속의 음파는 공기 중 동일한 진폭의 파동이 가하는 압력보다 60배 더 큰 압력을 가한다. 마찬가지로, 표준 마이크는 땅에 묻거나 방수 용기에 넣어 물에 담글 수 있지만, 음향 임피던스 불일치로 인해 성능이 좋지 않다.
수중청음기 역사
초기 수중청음기는 잠긴 끝부분을 덮는 얇은 막과 장비 관찰자의 귀가 있는 튜브로 구성되었다.  효과적인 수중청음기 설계는 공기의 3750배인 물의 음향 저항을 고려해야 하므로, 공기 중 동일한 강도의 파동이 가하는 압력은 물에서 3750배 증가한다. 미국 잠수함 신호 회사는 등대와 등대선에서 울리는 수중 종소리를 감지하기 위한 수중청음기를 개발했다.  이 장치는 지름 35 센티미터 (14 in)의 두껍고 속이 빈 황동 원반이었다. 한 면에는 one-밀리미터-thick (1⁄32 in) 두께의 황동 다이어프램이 있었는데, 이는 짧은 황동 막대로 탄소 마이크로폰에 연결되어 있었다.
전쟁 초기에 프랑스 대통령 레몽 푸앵카레는 폴 랑주뱅에게 음향 펄스의 반향을 통해 잠수함을 찾는 방법을 연구하는 데 필요한 시설을 제공했다. 그들은 진공관 증폭기로 신호의 전력을 증가시켜 압전 수중청음기를 개발했다. 압전 재료의 높은 음향 임피던스는 수중 트랜스듀서로 사용하기 용이하게 했다. 동일한 압전판은 전기 발진기에 의해 진동하여 음향 펄스를 생성할 수 있었다.
수중청음기 역사
원시적인 수중청음기를 사용하여 탐지되고 침몰된 최초의 잠수함은 1916년 4월 23일의 독일 잠수함 UC-3였다. UC-3는 대잠수함 트롤선 체리오가 UC-3 바로 위에 있을 때 체리오에 의해 탐지되었으며, UC-3는 트롤선이 끄는 강철 그물에 걸려 큰 수중 폭발 후 침몰했다.
전쟁 후반에 영국 해군본부는 U-보트에 대처하는 방법에 대해 자문하기 위해 과학자 패널을 뒤늦게 소집했다. 여기에는 호주 물리학자 윌리엄 헨리 브래그와 뉴질랜드 물리학자 어니스트 러더포드 경이 포함되었다. 그들은 잠수함을 듣기 위해 수중청음기를 사용하는 것이 가장 좋은 방법이라고 결론 내렸다. 러더포드의 연구는 수중청음기에 대한 그의 유일한 특허를 만들었다. 브래그는 1916년 7월에 주도권을 잡았고, 포스만의 호크크레이그에 있는 해군본부 수중청음기 연구소로 이동했다.
수중청음기 역사
과학자들은 두 가지 목표를 세웠다. 수중청음기를 운반하는 초계함에서 발생하는 소음에도 불구하고 잠수함을 들을 수 있는 수중청음기를 개발하고, 잠수함의 방위를 파악할 수 있는 수중청음기를 개발하는 것이었다. 양방향 수중청음기는 이스트 런던 칼리지에서 발명되었다. 그들은 원통형 케이스의 다이어프램 양쪽에 마이크를 장착했다. 양쪽 마이크에서 들리는 소리의 강도가 같을 때, 마이크는 음원과 일직선상에 있다.
브래그의 실험실은 다이어프램 한쪽 면 앞에 배플을 장착하여 이러한 수중청음기를 지향성으로 만들었다. 효과적인 배플에는 공기층이 포함되어야 한다는 것을 발견하는 데 몇 달이 걸렸다.  1918년, 영국 해군 항공대의 비행선은 대잠수함전에 참여하여 담근 수중청음기를 끌고 다니며 실험했다. 브래그는 포획된 독일 U-보트의 수중청음기를 테스트한 결과 영국 모델보다 성능이 떨어짐을 발견했다. 전쟁이 끝날 무렵, 영국은 38명의 수중청음기 장교와 200명의 자격을 갖춘 청취자를 보유했으며, 이들에게는 하루 4펜스가 추가로 지급되었다.
제1차 세계 대전 후반부터 1920년대 초 능동 소나가 도입될 때까지 수중청음기는 잠수함이 잠수 상태에서 목표물을 탐지하는 유일한 방법이었으며, 오늘날에도 여전히 유용하다.
수중청음기 지향성 수중청음기
작은 단일 원통형 세라믹 트랜스듀서는 거의 완벽한 전방향 수신을 달성할 수 있다. 지향성 수중청음기는 두 가지 기본 기술을 사용하여 한 방향에서 감도를 높인다.
이 장치는 반사 망원경과 유사하게 신호를 집중시키기 위해 접시 모양 또는 원추형 음향 반사경과 함께 단일 트랜스듀서 요소를 사용한다. 이 유형의 수중청음기는 저비용 전방향 유형으로 생산될 수 있지만, 반사경이 물 속에서의 움직임을 방해하므로 고정된 상태에서 사용해야 한다. 새로운 지향 방법은 수중청음기 주위에 구형 몸체를 사용하는 것이다. 지향성 구체의 장점은 수중청음기가 물 속에서 움직일 수 있어 원추형 요소로 인한 간섭을 제거할 수 있다는 것이다.
여러 개의 수중청음기를 배열로 배치하여 원하는 방향의 신호를 더하고 다른 방향의 신호를 뺄 수 있다. 배열은 빔포머를 사용하여 조향될 수 있다. 가장 일반적으로, 수중청음기는 "선형 배열"로 배열되지만, 측정되는 대상에 따라 다양한 배열이 가능하다. 예를 들어, 기사에서는 함선에서 발생하는 프로펠러 소음을 측정하기 위해 실행 가능한 측정값을 얻기 위해 복잡한 수중청음기 배열 시스템이 필요했다.
수중청음기 지향성 수중청음기
해저에 설치되고 수중 케이블로 연결된 SOSUS 수중청음기는 1950년대부터 미국 해군에 의해 냉전 기간 동안 그린란드, 아이슬란드, 영국을 잇는 GIUK 갭을 따라 소련 잠수함의 움직임을 추적하는 데 사용되었다. 이들은 초저주파 인프라사운드를 명확하게 기록할 수 있으며, 여기에는 설명할 수 없는 많은 해양 소리가 포함된다.
SERF
스핀 교환 이완 없는 자기계(spin exchange relaxation-free magnetometer, SERF magnetometer)는 2000년대 초 프린스턴 대학교에서 개발된 자기계의 한 유형이다. SERF 자기계는 레이저를 사용하여 증기 상태의 알칼리 금속 원자 간의 상호작용과 자기장을 감지하여 자기장을 측정한다.
이 기술의 이름은 일반적으로 원자 스핀의 방향을 뒤섞는 메커니즘인 스핀 교환 이완이 이 자기계에서는 회피된다는 사실에서 비롯된다. 이는 높은 밀도(1014 cm−3)의 칼륨 원자와 매우 낮은 자기장을 사용하여 이루어진다. 이러한 조건에서 원자들은 자기 세차 운동 주파수에 비해 스핀을 빠르게 교환하여 평균 스핀이 자기장과 상호작용하고 비결맞음성에 의해 파괴되지 않는다.
SERF
SERF 자기계는 거의 0에 가까운 자기장에서 세차 운동하는 고밀도 알칼리 금속 원자 증기를 모니터링하여 매우 높은 자기장 감도를 달성한다. SERF 자기계는 알칼리 금속 원자 간의 스핀 교환 충돌로 인한 원자 스핀 비결맞음성의 주요 원인을 제거함으로써 기존 원자 자기계보다 감도를 향상시킨다. SERF 자기계는 가장 민감한 자기장 센서 중 하나이며, 어떤 경우에는 동일한 크기의 SQUID 검출기의 성능을 능가한다. 칼륨 증기를 포함하는 작은 1 cm3 부피의 유리 셀은 1 fT/√Hz의 감도를 보고했으며, 더 큰 부피에서는 이론적으로 훨씬 더 민감해질 수 있다. 이들은 자기장의 세 가지 구성 요소를 동시에 측정할 수 있는 벡터 자기계이다.
SERF 스핀 교환 이완
스핀 교환 충돌은 충돌하는 원자 쌍의 총 각운동량을 보존하지만 원자의 초미세 구조 상태를 뒤섞을 수 있다. 다른 초미세 상태에 있는 원자들은 일관되게 세차 운동하지 않으므로 원자의 일관성 수명을 제한한다. 그러나 스핀 교환 충돌이 원자의 세차 운동 주파수보다 훨씬 빠르게 발생하면 스핀 교환 충돌로 인한 비결맞음성을 거의 제거할 수 있다. 빠른 스핀 교환의 이러한 영역에서 앙상블의 모든 원자는 초미세 상태를 빠르게 변경하여 각 초미세 상태에서 동일한 시간을 보내고 스핀 앙상블이 더 느리게 세차 운동하지만 일관성을 유지하게 한다. 이른바 SERF 영역은 충분히 높은 알칼리 금속 밀도(더 높은 온도에서)와 충분히 낮은 자기장에서 작동함으로써 도달할 수 있다.
SERF 스핀 교환 이완
낮은 분극화를 겪는 원자들의 느린 스핀 교환에 대한 스핀 교환 이완율 는 다음과 같이 표현될 수 있다.
여기서 는 스핀 교환 충돌 사이의 시간, 는 핵 스핀, 는 자기 공명 주파수, 는 전자의 자기회전비율이다.
빠른 스핀 교환 및 작은 자기장 한계에서, 스핀 교환 이완율은 충분히 작은 자기장에 대해 사라진다.
여기서 는 전자와 핵 스핀 사이의 각운동량 공유를 설명하는 "감속" 상수이다.
여기서 는 원자의 평균 분극화이다. 빠른 스핀 교환을 겪는 원자는 완전히 분극화되지 않았을 때 더 느리게 세차 운동하는데, 이는 다른 초미세 상태에서 다른 주파수(또는 반대 방향)로 세차 운동하는 시간의 일부를 보내기 때문이다.
SERF 감도
원자 자기계의 감도 는 다음 식에 따라 원자 수 와 스핀 일관성 수명 에 의해 제한된다.
여기서 는 원자의 자기회전비율이고 는 총 원자 스핀 의 평균 분극화이다.
스핀 교환 이완이 없는 경우, 다양한 다른 이완 메커니즘이 원자 스핀의 비결맞음성에 기여한다.
여기서 는 셀 벽과의 충돌로 인한 이완율이며 는 알칼리 금속 원자 간의 충돌 및 알칼리 원자와 존재하는 다른 기체 간의 충돌에 대한 스핀 파괴율이다.
최적의 구성에서 1 cm3 증기 셀에 1014 cm−3의 칼륨 원자가 ~3 기압의 헬륨 완충 가스와 함께 있으면 이완율  ≈ 1 Hz로 10 aT Hz−1/2 (10−17 T Hz−1/2)의 감도를 달성할 수 있다.
SERF 일반적인 작동
충분한 밀도의 알칼리 금속 증기는 증기 셀 내의 고체 알칼리 금속을 단순히 가열함으로써 얻어진다. 일반적인 SERF 원자 자기계는 저소음 다이오드 레이저를 활용하여 스핀 세차 운동을 편광하고 모니터링할 수 있다. D1 스펙트럼 공명선에 맞춰진 원형 편광 펌프광이 원자를 편광시킨다. 직교 프로브 빔은 선형 편광광의 광학 회전을 사용하여 세차 운동을 감지한다. 일반적인 SERF 자기계에서 스핀은 세차 운동 주파수가 이완율에 비해 느리기 때문에 매우 작은 각도로 기울어진다.
SERF 장점 및 단점
SERF 자기계는 다양한 응용 분야에서 SQUID 자기계와 경쟁한다. SERF 자기계는 다음과 같은 장점이 있다.
잠재적인 단점:
SERF 응용 분야
SERF 자기계의 높은 감도를 활용하는 응용 분야에는 다음이 포함된다.
SERF 역사
SERF 자기계는 2000년대 초 프린스턴 대학교의 마이클 로말리스에 의해 개발되었다. 스핀 교환 이완 억제를 지배하는 기본 물리학은 수십 년 전에 윌리엄 해퍼에 의해 개발되었지만 당시에는 자기장 측정에 대한 응용이 탐구되지 않았다. "SERF"라는 이름은 해양 은유에서 SQUID 검출기와의 관계에 의해 부분적으로 동기 부여되었다.
음향 공진
음향 공진(acoustic resonance)은 음향 시스템이 자체 공명 진동수 중 하나(자체 공명 진동수)와 일치하는 주파수의 음파를 증폭하는 현상이다.
"음향 공진"이라는 용어는 기계적 공명을 인간의 가청 주파수 범위로 좁히는 데 사용되지만, 음향학은 물질 내의 진동파에 관한 일반적인 용어로 정의되므로, 음향 공진은 인간의 가청 범위를 벗어나는 주파수에서도 발생할 수 있다.
음향적으로 공명하는 물체는 일반적으로 하나 이상의 공명 주파수를 가지며, 특히 가장 강한 공명의 고조파에서 그렇다. 물체는 이러한 주파수에서는 쉽게 진동하고 다른 주파수에서는 약하게 진동한다. 물체는 충격이나 광대역 노이즈 자극과 같은 복잡한 여기에서 공명 주파수를 "선택"한다. 사실상, 물체는 공명 주파수 외의 모든 주파수를 필터링하는 것이다.
음향 공진
음향 공진은 대부분의 음향 악기가 공명기를 사용하므로 악기 제작자에게 중요한 고려 사항이다. 예를 들어 바이올린의 현과 몸체, 플루트의 관 길이, 드럼 막의 모양 등이 있다. 음향 공진은 청각에도 중요하다. 예를 들어, 속귀의 달팽이관 내 바닥막이라고 불리는 단단한 구조 요소의 공명은 막 위의 털 세포가 소리를 감지하도록 한다. (포유류의 경우 바닥막은 길이를 따라 점진적으로 변화하는 공명을 가져서 고주파는 한쪽 끝에, 저주파는 다른 쪽 끝에 집중된다.)
기계적 공명과 마찬가지로 음향 공진은 진동체의 치명적인 파괴를 초래할 수 있다. 이에 대한 고전적인 예는 유리의 정확한 공명 주파수에서 소리를 이용하여 와인잔을 깨는 것이다.
음향 공진 진동하는 현
현악기에서 류트, 하프, 기타, 피아노, 바이올린 등과 같이 장력이 가해진 현은 현의 질량, 길이, 장력과 직접적으로 관련된 공명 주파수를 갖는다. 현에서 첫 번째 공명을 일으킬 파장은 현 길이의 두 배와 같다. 더 높은 공명은 기본 주파수의 정수 배 파장에 해당한다. 해당 주파수는 현을 따라 이동하는 파동의 속도 v와 다음 방정식으로 관련된다.
여기서 L은 현의 길이(양 끝이 고정된 현의 경우)이고 n = 1, 2, 3...(고조파는 양 끝이 열린 파이프에서 발생). 현이나 와이어를 통한 파동의 속도는 장력 T와 단위 길이당 질량 ρ와 관련된다.
따라서 주파수는 다음 방정식으로 현의 속성과 관련된다.
여기서 T는 장력, ρ는 단위 길이당 질량, m은 총 질량이다.
음향 공진 진동하는 현
장력이 높고 길이가 짧을수록 공명 주파수가 증가한다. 현이 임펄스 함수(손가락으로 튕기거나 망치로 치는 것)로 여기되면 현은 임펄스에 존재하는 모든 주파수(임펄스 함수는 이론적으로 '모든' 주파수를 포함한다)에서 진동한다. 공명 주파수가 아닌 주파수는 빠르게 걸러지며(감쇠됨), 남는 것은 우리가 음악적 음표로 듣는 고조파 진동이다.
현 공명은 현악기에서 발생한다. 다른 현이 소리 날 때 현 또는 현의 일부가 기본 주파수 또는 배음 주파수로 공명할 수 있다. 예를 들어, 440Hz의 A현은 1320Hz(A의 3번째 배음이자 E의 4번째 배음)라는 배음을 공유하기 때문에 330Hz의 E현이 공명하게 만든다.
음향 공진 공기 기둥의 공명
공기 기둥의 공명은 튜브의 길이, 모양, 그리고 닫힌 끝 또는 열린 끝의 여부와 관련이 있다. 많은 악기는 원뿔형 또는 원통형 튜브와 유사하다( 보어 참조). 한쪽 끝이 닫히고 다른 쪽 끝이 열린 파이프를 막힌 파이프 또는 닫힌 파이프라고 하는 반면, 열린 파이프는 양쪽 끝이 열려 있다. 현대 오케스트라 플루트는 열린 원통형 파이프처럼 동작하고, 클라리넷은 닫힌 원통형 파이프처럼 동작하며, 색소폰, 오보에, 바순은 닫힌 원뿔형 파이프처럼 동작한다.
대부분의 현대 리코더 악기(금관악기)는 일부 편차가 있는 닫힌 원뿔형 파이프와 음향적으로 유사하다( 페달 톤 및 가성 참조).
현과 마찬가지로 이상적인 원통형 또는 원뿔형 파이프의 진동하는 공기 기둥도 고조파에서 공명하지만 약간의 차이가 있다.
모든 원통은 여러 주파수에서 공명하여 여러 음높이를 생성한다. 가장 낮은 주파수는 기본 주파수 또는 첫 번째 고조파라고 불린다. 악기로 사용되는 원통은 일반적으로 플루트처럼 양쪽 끝이 열려 있거나 일부 오르간 파이프처럼 한쪽 끝이 열려 있다. 그러나 양쪽 끝이 닫힌 원통도 루벤스 튜브에서처럼 음파를 생성하거나 시각화하는 데 사용될 수 있다.
음향 공진 공기 기둥의 공명
원통의 공명 특성은 공기 중 음파의 동작을 고려함으로써 이해할 수 있다. 소리는 종파 압축파로 이동하며, 공기 분자를 진행 방향을 따라 앞뒤로 움직이게 한다. 튜브 내에서는 정상파가 형성되며, 그 파장은 튜브의 길이에 따라 달라진다. 튜브의 닫힌 끝에서는 공기 분자가 많이 움직일 수 없으므로 튜브의 이 끝은 정상파의 변위 마디이다. 튜브의 열린 끝에서는 공기 분자가 자유롭게 움직여 변위 배음을 생성한다. 변위 마디는 압력 배음이고 그 반대도 마찬가지이다.
음향 공진 공기 기둥의 공명
아래 표는 양쪽 끝이 닫힌 원통형 내부의 변위파를 보여준다. 닫힌 끝 근처의 공기 분자는 움직일 수 없는 반면, 파이프 중앙 근처의 분자는 자유롭게 움직인다. 첫 번째 고조파에서 닫힌 튜브는 정확히 절반의 정상파(마디-배음-마디)를 포함한다. 이 설정에서 압력파를 고려하면 두 닫힌 끝은 압력 변화 Δp에 대한 배음이다. 따라서 양쪽 끝에서 압력 변화 Δp는 최대 진폭을 가져야 한다(또는 Sturm–Liouville 공식 형태로 ∂(Δp)/∂x = 0을 만족해야 한다). 이는 압력파에 대한 방정식 를 제공한다. x = 0 및 x = L에서 경계 조건 ∂(Δp)/∂x = 0에 대한 직관은 닫힌 끝의 압력이 옆 지점의 압력을 따를 것이라는 점이다. x = L에서 경계 조건 ∂(Δp)/∂x = 0을 적용하면 정상파의 파장이 다음과 같이 주어진다.
그리고 공명 주파수는 다음과 같다.
음향 공진 공기 기둥의 공명
양쪽 끝이 열린 원통형 관에서, 끝 부분 근처의 공기 분자는 관 안팎으로 자유롭게 움직인다. 이 움직임은 정상파에서 변위 배를 생성한다. 마디는 원통 내부, 끝에서 떨어진 곳에 형성되는 경향이 있다. 첫 번째 고조파에서 열린 관은 정확히 정상파의 절반(배-마디-배)을 포함한다. 따라서 열린 원통의 고조파는 닫힌/닫힌 원통의 고조파와 동일한 방식으로 계산된다.
양쪽 끝이 열린 파이프의 물리학은 Physics Classroom에 설명되어 있다. 이 참조의 다이어그램은 위에서 보여준 것과 유사한 변위파를 보여준다. 이는 본 문서 끝 부분에 나타난 압력파와는 확연한 대조를 이룬다.
열린 관을 과도 송풍하면, 관의 기본 주파수 또는 음보다 한 옥타브 높은 음을 얻을 수 있다. 예를 들어, 열린 관의 기본음이 C1이라면, 과도 송풍을 하면 C1보다 한 옥타브 높은 C2를 얻을 수 있다.
열린 원통형 관은 다음 근사 주파수에서 공명한다:
음향 공진 공기 기둥의 공명
여기서 n은 공명 마디를 나타내는 양의 정수(1, 2, 3...), L은 관의 길이, v는 공기 중 음속 (20 °C [68 °F]에서 약 343 미터 매 초 [770 mph])이다. 이 방정식은 개방된 끝을 압력 마디로 취급하여 압력 변화 Δp가 0이어야 하는 압력파의 경계 조건에서 파생된다.
말단 보정을 고려한 더 정확한 방정식은 다음과 같다:
여기서 r은 공명관의 반지름이다. 이 방정식은 음파가 열린 끝에서 반사되는 정확한 지점이 관의 끝 단면에 완벽하게 위치하는 것이 아니라 관 바깥쪽으로 약간 떨어진 거리에 있다는 사실을 보정한다.
반사율은 1보다 약간 작다. 열린 끝은 미소한 음향 임피던스처럼 동작하지 않고, 오히려 관의 직경, 파장, 그리고 관의 개구부 주변에 존재할 수 있는 반사판의 유형에 따라 달라지는 복사 임피던스라고 불리는 유한한 값을 가진다.
따라서 n이 1일 때:
여기서 v는 음속, L은 공명관의 길이, r은 관의 반지름, f는 공명음 주파수, λ는 공명 파장이다.
음향 공진 공기 기둥의 공명
오르간에 사용될 때 한쪽 끝이 닫힌 관을 "막힌 파이프"라고 부른다. 이러한 원통은 기본 주파수를 가지지만, 과도 송풍을 통해 다른 더 높은 주파수 또는 음을 생성할 수 있다. 이 과도 송풍된 음역은 다양한 원뿔형 테이퍼를 사용하여 조율할 수 있다. 닫힌 관은 길이의 두 배인 열린 관과 동일한 기본 주파수에서 공명하며, 파장은 길이의 네 배와 같다. 닫힌 관에서는 변위 마디, 즉 진동이 없는 지점이 항상 닫힌 끝에 나타나고, 관이 공명하는 경우 열린 끝 근처의 Φ 지점(길이 × 0.618)에 변위 배, 즉 가장 큰 진동 지점을 갖게 된다.
음향 공진 공기 기둥의 공명
원통형 닫힌 관을 과도 송풍하면, 관의 기본음보다 약 12도 높은 음, 즉 기본음의 옥타브보다 5도 높은 음을 얻을 수 있다. 예를 들어, 닫힌 파이프의 기본음이 C1이라면, 파이프를 과도 송풍하면 C1보다 12도 높은 G2를 얻을 수 있다. 다른 방법으로 우리는 G2가 C1의 옥타브인 C2보다 5도 높다고 말할 수 있다. 이 원통의 테이퍼를 줄어드는 원뿔 모양으로 조정하면 두 번째 고조파 또는 과도 송풍된 음을 옥타브 위치 또는 8도에 가깝게 조율할 수 있다. Φ 지점, 즉 공유된 "파동/마디" 위치에 작은 "스피커 구멍"을 열면 기본 주파수가 상쇄되고 관이 기본음보다 12도 높은 곳에서 공명하게 된다. 이 기술은 리코더에서 등쪽 엄지 구멍을 꼬집어 열 때 사용된다. 이 작은 구멍을 발음구에 더 가깝게 위로 움직이면 "메아리 구멍"(돌메치 리코더 개조)이 되어 열었을 때 기본음보다 정확히 반음 높은 소리를 낸다. 참고: 정확한 반음 주파수에 맞추기 위해 약간의 크기 또는 직경 조정이 필요하다.
닫힌 관은 다음 근사 공명 주파수를 갖는다:
음향 공진 공기 기둥의 공명
여기서 "n"은 홀수(1, 3, 5...)이다. 이 유형의 관은 홀수 고조파만 생성하며, 기본 주파수는 열린 원통의 절반(즉, 주파수의 절반)보다 한 옥타브 낮다. 이 방정식은 압력파의 경계 조건에서 파생되며, 닫힌 끝을 압력 배로 취급하여 압력 변화 Δp가 최대 진폭을 가져야 하거나 슈투름-리우빌 공식 형태로 ∂(Δp)/∂x = 0을 만족해야 한다. x = L에서 ∂(Δp)/∂x = 0이라는 이 경계 조건에 대한 직관은 닫힌 끝의 압력이 그 옆 지점의 압력을 따른다는 것이다.
말단 보정을 고려한 더 정확한 방정식은 다음과 같다:
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다시, n이 1일 때:
여기서 v는 음속, L은 공명관의 길이, d는 관의 직경, f는 공명음 주파수, λ는 공명 파장이다.
아래 두 다이어그램은 파이프의 닫힌 끝에 배가 있는 원통형 관의 압력파에 대한 첫 세 가지 공명을 보여준다. 다이어그램 1에서 관은 양쪽 끝이 열려 있다. 다이어그램 2에서 관은 한쪽 끝이 닫혀 있다. 가로축은 압력이다. 이 경우 파이프의 열린 끝은 압력 마디이고 닫힌 끝은 압력 배임을 주목하라.
양쪽 끝이 열려 있는 원뿔형 관, 즉 원뿔의 절두체 모양의 관은 동일한 길이의 열린 원통형 파이프의 공명 주파수와 거의 동일한 공명 주파수를 가질 것이다.
닫힌 원뿔형 관(한쪽 끝이 닫힌 완전한 원뿔 또는 절두체)의 공명 주파수는 더 복잡한 조건을 만족한다:
여기서 파수 k는 다음과 같다:
그리고 x는 절두체의 작은 끝에서 꼭지점까지의 거리이다. x가 작을 때, 즉 원뿔이 거의 완전할 때, 이 식은 다음과 같이 된다:
이는 길이가 L + x와 같은 열린 원통의 공명 주파수와 거의 동일한 공명 주파수로 이어진다. 다시 말해, 완전한 원뿔형 파이프는 길이가 같은 열린 원통형 파이프와 거의 유사하게 동작하며, 1차적으로 완전한 원뿔이 그 원뿔의 닫힌 절두체로 대체되어도 동작은 변하지 않는다.
직사각형 상자 내의 음파에는 스피커 인클로저 및 건물과 같은 예시가 포함된다. 직사각형 건물에는 룸 모드로 설명되는 공명이 있다. 직사각형 상자의 경우 공명 주파수는 다음과 같다.
여기서 v는 음속, Lx, Ly, Lz는 상자의 치수이다. , , 은 모두 0이 될 수 없는 음이 아닌 정수이다.
작은 확성기 상자가 밀폐되어 있고, 주파수가 충분히 낮으며, 압축이 충분히 높다면, 상자 내부의 음압(데시벨 수준)은 상자 내부의 어느 곳에서나 동일할 것이며, 이는 수압과 같다.
음향 공진 공기 구 (환기됨)의 공명
면적 A와 길이 L을 가진 목이 있는 소리 구멍을 가진 정적 부피 V0의 강성 공동의 공명 주파수는 헬름홀츠 공명 공식으로 주어진다.
여기서 는 말단 보정을 적용한 목의 등가 길이이다.
플랜지가 없는 목의 경우
플랜지가 있는 목의 경우
구형 공동의 경우 공명 주파수 공식은 다음과 같다.
여기서
D = 구의 직경
d = 소리 구멍의 직경
소리 구멍만 있는 구의 경우 L=0이고 구의 표면이 플랜지 역할을 하므로
20 °C의 건조한 공기에서, d와 D가 미터 단위이고 f가 헤르츠 단위일 때, 이 식은 다음과 같이 된다.
음향 공진 공명을 이용한 소리로 유리 깨기
이것은 공명의 고전적인 시연이다. 유리는 자연적인 공명을 가지고 있으며, 이는 유리가 쉽게 진동할 주파수이다. 따라서 유리는 해당 주파수의 음파에 의해 움직여져야 한다. 유리를 진동시키는 음파의 힘이 충분히 크면, 진동의 크기가 너무 커져서 유리가 깨진다. 과학 시연을 위해 안정적으로 수행하려면 연습과 유리 및 확성기의 신중한 선택이 필요하다.
음향 공진 음악 작곡에서
여러 작곡가들이 공명을 작품의 주제로 삼기 시작했다. 알빈 루시에는 그의 많은 작품에서 음향 악기와 사인파 발생기를 사용하여 크고 작은 물체의 공명을 탐구했다. 제임스 테니의 Koan: Having Never Written A Note For Percussion에서는 탐탐 또는 다른 타악기에서 크레센도 및 데크레센도 형태로 부풀어 오르는 복잡한 비고조파적 부분음이 방의 공명과 상호작용한다. 폴린 올리베로스와 스튜어트 뎀스터는 워싱턴주 포트 워든에 있는 2백만-미국-갤런 (7,600 m3) 규모의 물탱크와 같이 잔향이 45초에 이르는 큰 잔향 공간에서 정기적으로 공연한다. 말 뫼 음악원 작곡 교수이자 작곡가인 켄트 올로프손의 "Terpsichord, 타악기와 사전 녹음된 소리를 위한 곡은 [음향 악기에서 발생하는] 공명이 사전 녹음된 전자 음향과 음향적 다리를 형성하고, 이는 다시 공명을 연장하며 새로운 음향 제스처로 재구성한다."
나노임프린트 리소그래피
나노임프린트 리소그래피(Nanoimprint lithography, NIL)는 나노미터 스케일 패턴을 제작하는 방법이다. 저비용, 고처리량, 고해상도를 갖춘 간단한 나노리소그래피 공정이다. 임프린트 레지스트의 기계적 변형과 후속 공정을 통해 패턴을 생성한다. 임프린트 레지스트는 일반적으로 인쇄 과정에서 열 또는 자외선으로 경화되는 단량체 또는 중합체 제형이다. 레지스트와 템플릿 간의 접착은 적절한 박리를 위해 제어된다.
나노임프린트 리소그래피 역사
"나노임프린트 리소그래피"라는 용어는 1996년 스티븐 추 교수와 그의 학생들이 사이언스에 보고서를 발표하면서 과학 문헌에 처음 사용되었다. 열가소성 플라스틱의 핫 엠보싱(현재 NIL의 동의어로 간주됨)은 이미 몇 년 전부터 특허 문헌에 등장하고 있었다. 사이언스지 출판 직후, 많은 연구자들이 다양한 변형과 구현을 개발했다. 이 시점에서 나노임프린트 리소그래피는 국제 반도체 기술 로드맵(ITRS)의 32 및 22 나노미터 노드에 추가되었다.
나노임프린트 리소그래피 공정
많은 공정이 있지만 가장 중요한 공정은 다음 세 가지이다.
열가소성 나노임프린트 리소그래피(T-NIL)는 스티븐 추 교수 그룹이 개발한 최초의 나노임프린트 리소그래피이다.
표준 T-NIL 공정에서는 얇은 임프린트 레지스트(열가소성 폴리머) 층이 시료 기판 위에 스핀 코팅된다. 그런 다음 미리 정의된 토폴로지 패턴이 있는 몰드가 시료와 접촉하고, 특정 압력 하에 함께 압착된다. 폴리머의 유리전이 온도 이상으로 가열되면 몰드의 패턴이 연화된 폴리머 필름에 압착된다. 냉각된 후 몰드는 시료에서 분리되고, 패턴 레지스트는 기판에 남는다. 패턴 전송 공정(일반적으로 반응성 이온 식각)을 사용하여 레지스트의 패턴을 아래쪽 기판으로 전송할 수 있다.
또는 두 금속 표면 간의 냉간 용접을 통해 가열 없이 저차원 나노구조 금속을 전송할 수도 있다(특히 ~10 나노미터 미만의 임계 크기에서). 이 절차를 반복하여 3차원 구조를 제작할 수 있다. 냉간 용접 방식은 유기 전자 장치 및 신형 태양 전지의 최신 개발 및 제조에서 주요 문제점인 가열 공정이 없어 표면 접촉 오염 또는 결함을 줄이는 장점이 있다.
나노임프린트 리소그래피 공정
포토 나노임프린트 리소그래피(P-NIL)에서는 UV 경화형 액상 레지스트가 시료 기판에 도포되며, 몰드는 일반적으로 퓨즈드 실리카 또는 PDMS와 같은 투명 재료로 만들어진다. 몰드와 기판이 함께 압착된 후, 레지스트는 UV 광에서 경화되어 고체가 된다. 몰드 분리 후, 유사한 패턴 전송 공정을 사용하여 레지스트의 패턴을 아래쪽 재료로 전송할 수 있다. UV 투명 몰드를 사용하는 것은 진공 상태에서 몰드를 고정하는 진공 척이 불가능하므로 어렵다.
위에서 언급된 나노임프린트 방법과 달리, 레지스트 없는 직접 열 나노임프린트는 임프린트 레지스트에서 소자 층으로 패턴을 전송하기 위한 추가 식각 단계를 필요로 하지 않는다.
나노임프린트 리소그래피 공정
일반적인 공정에서는 먼저 포토리소그래피를 사용하여 포토레지스트 패턴을 정의한다. 그 후, 폴리다이메틸실록세인(PDMS) 엘라스토머 스탬프가 레지스트 패턴에서 복제 몰딩된다. 이어서, 단일 단계 나노임프린트는 상승된 온도에서 압력을 가하여 얇은 박막 재료를 원하는 소자 형상으로 직접 몰딩한다. 임프린트된 재료는 패턴을 채울 수 있도록 적절한 연화 특성을 가져야 한다. 높은 굴절률과 넓은 투명 창을 보이는 비정질 반도체(예: 칼코게나이드 유리)는 광학/광자학 소자의 임프린트에 이상적인 재료이다.
이 직접 임프린트 패터닝 방식은 잠재적으로 향상된 처리량 및 수율을 제공하는 모놀리식 통합 대안을 제공하며, 기존 리소그래피 패터닝 방법으로는 접근할 수 없는 넓은 기판 영역에 걸쳐 소자의 롤투롤(roll-to-roll) 처리를 가능하게 할 수도 있다.
열 나노임프린트 방법에서는 완전한 패턴 전송과 기판 변형 사이의 절충으로 인해 제작 품질에 한계가 생긴다. 일부 접근 방식에서는 직접 레지스트 없는 나노임프린트 공정을 위한 다른 용매 보조 방법을 개발했다.
나노임프린트 리소그래피 방법
전체 웨이퍼 나노임프린트 방식에서는 모든 패턴이 단일 나노임프린트에 포함되어 단일 임프린트 단계로 전송된다. 이는 높은 처리량과 균일성을 가능하게 한다. 최소 8-인치 (203 mm) 직경의 전체 웨이퍼 나노임프린트가 높은 정밀도로 가능하다.
전체 웨이퍼 나노임프린트 공정의 압력 및 패턴 균일성을 보장하고 몰드 수명을 연장하기 위해, 발명가들이 공기 쿠션 프레스(ACP)라고 명명한 등방성 유체 압력을 활용하는 프레스 방식이 개발되어 상업용 나노임프린트 시스템에서 사용되고 있다. 또한 유연한 스탬퍼(예: PDMS)와 결합된 롤온 기술(예: 롤-투-플레이트)이 전체 웨이퍼 임프린트에 대해 시연되었다.
나노임프린트는 스텝 앤 리피트 광학 리소그래피와 유사한 방식으로 수행될 수 있다. 임프린트 필드(다이)는 일반적으로 전체 웨이퍼 나노임프린트 필드보다 훨씬 작다. 다이는 특정 스텝 크기로 기판에 반복적으로 임프린트된다. 이 방식은 나노임프린트 몰드 생성에 유용하다.
나노임프린트 리소그래피 응용
나노임프린트 리소그래피는 전기, 광학, 광자학 및 생물학 응용 분야의 소자를 제작하는 데 사용되었다.
전자 소자의 경우, NIL은 MOSFET, O-TFT 및 단전자 메모리를 제작하는 데 사용되었다. 광학 및 광자학 분야에서는 서브파장 공진 격자 필터, 표면 강화 라만 분광법(SERS) 센서, 편광자, 파장판, 반사 방지 구조, 통합 광자 회로 및 플라즈몬 소자를 NIL로 제작하는 데 집중적인 연구가 진행되었다. LED 및 태양 전지와 같은 광전자 소자 분야에서 NIL은 외부 및 내부 결합 구조에 대해 연구되고 있다. 10 나노미터 미만의 나노유체 채널은 NIL을 사용하여 제작되었고 DNA 신장 실험에 사용되었다. 현재 NIL은 생체 분자 분류 장치의 크기를 10배 작고 효율적으로 줄이는 데 사용되고 있다.
나노임프린트 리소그래피 장점
나노임프린트 리소그래피의 핵심 장점은 그 순수한 단순성이다. 칩 제조와 관련된 가장 큰 비용은 회로 패턴을 인쇄하는 데 사용되는 광학 리소그래피 도구이다. 광학 리소그래피는 나노미터 스케일 해상도를 달성하기 위해 고출력 엑시머 레이저와 방대한 정밀 연삭 렌즈 요소 스택을 필요로 한다. 나노임프린트 도구에는 복잡한 광학 장치나 고에너지 방사선원이 필요하지 않다. 주어진 파장에서 해상도와 감도 모두를 위해 미세하게 맞춤화된 포토레지스트가 필요하지 않다. 기술의 단순화된 요구사항은 저렴한 비용으로 이어진다.
실리콘 마스터 몰드는 수천 번의 임프린트에 사용될 수 있으며, 니켈 몰드는 최대 만 번의 주기 동안 지속될 수 있다.
임프린트 리소그래피는 본질적으로 3차원 패터닝 공정이다. 임프린트 몰드는 수직으로 쌓인 여러 층의 지형으로 제작될 수 있다. 결과 임프린트는 단일 임프린트 단계로 두 층을 모두 복제하여 칩 제조업체가 칩 제조 비용을 줄이고 제품 처리량을 향상시킬 수 있도록 한다.
나노임프린트 리소그래피 장점
위에서 언급했듯이, 임프린트 재료는 고해상도 및 감도를 위해 미세하게 조정될 필요가 없다. 임프린트 리소그래피에는 다양한 특성을 가진 더 넓은 범위의 재료를 사용할 수 있다. 재료 가변성 증가는 화학자들에게 희생 식각 저항성 폴리머 대신 새로운 기능성 재료를 설계할 자유를 준다. 기능성 재료는 밑에 있는 재료로 패턴을 전송할 필요 없이 칩에 층을 형성하도록 직접 임프린트될 수 있다. 기능성 임프린트 재료의 성공적인 구현은 많은 어려운 칩 제조 공정을 제거함으로써 상당한 비용 절감과 처리량 증가를 가져올 것이다.
나노임프린트 리소그래피 우려사항
나노임프린트 리소그래피의 주요 우려 사항은 오버레이, 결함, 템플릿 패터닝 및 템플릿 마모이다. 그러나 쿠마르(Kumar) 외 연구진은 비정질 금속(금속 유리)이 100nm 미만 규모로 패터닝될 수 있어 템플릿 비용을 크게 줄일 수 있음을 보여주었다.
현재 오버레이 3 시그마 기능은 10 나노미터이다. 오버레이는 전체 웨이퍼 임프린트보다 스텝 앤 스캔 방식에서 더 나은 기회를 갖는다.
나노임프린트 리소그래피 우려사항
액침 노광과 마찬가지로, 기술이 성숙함에 따라 결함 제어가 향상될 것으로 예상된다. 임프린트 후 공정 바이어스 미만의 크기를 가진 템플릿의 결함은 제거될 수 있다. 다른 결함은 효과적인 템플릿 세척 및 중간 폴리머 스탬프 사용이 필요하다. 임프린트 공정 중에 진공이 사용되지 않으면 공기가 갇혀 기포 결함이 발생할 수 있다. 이는 임프린트 레지스트 층과 템플릿 또는 스탬프 특징이 완벽하게 평평하지 않기 때문이다. 중간 또는 마스터 스탬프에 오목한 부분이 있거나(특히 공기가 쉽게 갇히는 곳), 임프린트 직전에 레지스트가 기판에 미리 스핀 코팅되지 않고 액적 형태로 분사될 때 위험이 증가한다. 공기가 빠져나갈 수 있는 충분한 시간이 허용되어야 한다. 유연한 스탬퍼 재료(예: PDMS)가 사용되는 경우 이러한 효과는 훨씬 덜 중요하다. 또 다른 문제는 스탬프와 레지스트 사이의 접착이다. 높은 접착력(고착)은 레지스트를 박리시켜 스탬프에 남을 수 있다. 이 효과는 패턴을 손상시키고 수율을 감소시키며 스탬프를 손상시킨다. 스탬프에 FDTS 반부착 층을 사용하여 완화할 수 있다.
나노임프린트 리소그래피 우려사항
고해상도 템플릿 패터닝은 현재 전자빔 리소그래피 또는 집중 이온 빔 패터닝으로 수행할 수 있지만, 가장 작은 해상도에서는 처리량이 매우 느리다. 결과적으로 광학 패터닝 도구가 충분한 해상도를 갖추고 있다면 더 유용할 것이다. 그러한 접근 방식은 Greener 외 연구진에 의해 성공적으로 시연되었는데, 그들은 포토마스크를 통해 포토레지스트 코팅된 금속 기판을 광학적으로 패터닝하여 견고한 템플릿을 신속하게 제작했다. 넓은 영역에 균일한 패턴이 필요한 경우 간섭 리소그래피는 매우 매력적인 패터닝 기술이다. 다른 패터닝 기술(심지어 이중 패터닝 포함)도 사용될 수 있다. 예일 대학교의 쿠마르와 슈뢰어스(Schroers)는 나노임프린팅을 위한 저렴한 템플릿으로 사용될 수 있는 비정질 금속의 나노패터닝을 개발했다. 현재 최첨단 나노임프린트 리소그래피는 20 나노미터 이하의 패턴에도 사용될 수 있다.
임프린팅 중 층과 접촉할 뿐만 아니라 관통하기 위해 상당한 압력을 사용하는 것은 다른 유형의 리소그래피 마스크에 비해 임프린트 템플릿의 마모를 가속화한다. 템플릿 마모는 스탬프에 반부착 단분자층 FDTS 코팅을 적절히 사용하여 줄일 수 있다. 매우 효율적이고 정확한 AFM 기반 스탬프 열화 특성화 방법은 마모를 최소화하기 위해 재료 및 공정을 최적화할 수 있도록 한다.
나노임프린트 리소그래피의 미래 응용 분야에는 다공성 저유전율 재료 사용이 포함될 수 있다. 이러한 재료는 단단하지 않고 기판의 일부로서 임프린트 공정의 압력에 의해 쉽게 기계적으로 손상된다.
나노임프린트 리소그래피 잔류층 제거
나노임프린트 리소그래피(전기화학적 나노임프린팅 제외)의 핵심 특징은 임프린트 공정 후 잔류층이 남는다는 점이다. 정렬 및 처리량을 지원하고 낮은 결함을 위해 충분히 두꺼운 잔류층을 갖는 것이 바람직하다. 그러나 이는 잔류층을 제거하는 데 사용되는 식각 단계보다 나노임프린트 리소그래피 단계가 임계 치수(CD) 제어에 덜 중요하게 만든다. 따라서 잔류층 제거를 전체 나노임프린트 패터닝 공정의 통합 부분으로 고려하는 것이 중요하다. 어떤 의미에서 잔류층 식각은 기존 리소그래피의 현상 공정과 유사하다. 잔류층을 제거하기 위해 포토리소그래피와 나노임프린트 리소그래피 기술을 한 단계로 결합하는 것이 제안되었다.
나노임프린트 리소그래피 근접 효과
나노임프린트 리소그래피는 폴리머를 변위시키는 것에 의존한다. 이는 장거리에서 체계적인 효과로 이어질 수 있다. 예를 들어, 크고 밀집된 돌출부 배열은 고립된 돌출부보다 훨씬 더 많은 폴리머를 변위시킬 것이다. 이 고립된 돌출부가 배열에서 떨어진 거리에 따라 폴리머 변위 및 두께 증가로 인해 고립된 특징이 올바르게 임프린트되지 않을 수 있다. 돌출부 그룹 사이에 레지스트 구멍이 형성될 수 있다. 마찬가지로, 템플릿의 넓은 오목한 부분은 좁은 오목한 부분만큼 많은 폴리머로 채워지지 않아 잘못된 형태의 넓은 선이 생성된다. 또한, 큰 배열의 가장자리에 있는 오목한 부분은 배열 중앙에 위치한 부분보다 훨씬 더 일찍 채워져 배열 내 균일성 문제를 야기한다.
나노임프린트 리소그래피 3D 패터닝
나노임프린트 리소그래피의 독특한 장점은 다마신 상호 연결 및 T-게이트와 같은 3D 구조를 기존 리소그래피보다 적은 단계로 패터닝할 수 있다는 것이다. 이는 템플릿의 돌출부에 T-형태를 구축하여 달성된다. 마찬가지로, 나노임프린트 리소그래피는 집중 이온 빔을 사용하여 생성된 3D 구조를 복제하는 데 사용될 수 있다. 집중 이온 빔으로 패터닝할 수 있는 영역은 제한적이지만, 예를 들어 광섬유 가장자리에 구조를 임프린트하는 데 사용될 수 있다.
나노임프린트 리소그래피 고종횡비 나노구조화
고종횡비 및 계층적 나노구조 표면은 제작하기 번거롭고 구조적 붕괴를 겪을 수 있다. 비정량적 티올-엔-에폭시 폴리머의 UV-NIL을 사용하면 제한된 붕괴와 결함률로 견고하고 넓은 면적의 고종횡비 나노구조 및 복잡한 계층적 다층 구조를 제작할 수 있다.
나노임프린트 리소그래피 대안적 접근
전기화학적 나노임프린팅은 황화은과 같은 초이온 전도체로 만들어진 스탬프를 사용하여 달성할 수 있다. 스탬프가 금속과 접촉되면 인가 전압으로 전기화학적 식각이 수행될 수 있다. 전기화학 반응은 금속 이온을 생성하여 원래 필름에서 스탬프로 이동시킨다. 결국 모든 금속이 제거되고 보완적인 스탬프 패턴이 남은 금속으로 전송된다.
레이저 보조 직접 임프린트(LADI)는 고체 기판에 나노구조를 패터닝하는 빠른 기술이며 식각이 필요하지 않다. 단일 또는 다중 엑시머 레이저 펄스는 기판 재료의 얇은 표면층을 녹이고, 몰드는 결과로 생성된 액체 층에 각인된다. LADI를 사용하여 10 나노미터보다 더 나은 해상도를 가진 다양한 구조가 실리콘에 임프린트되었으며, 각인 시간은 250 ns 미만이다. LADI의 고해상도 및 속도는 용융 실리콘의 낮은 점도(물의 3분의 1)에 기인하며, 다양한 응용 분야를 열고 다른 재료 및 처리 기술로 확장될 수 있다.
나노임프린트 리소그래피 대안적 접근
초고속 나노임프린트 리소그래피 또는 펄스-NIL은 나노패턴 표면 아래에 가열층이 통합된 스탬프를 사용하는 기술이다. 가열층에 단일의 짧고(<100 μs) 강렬한 전류 펄스를 주입하면 스탬프의 표면 온도가 수백 °C 갑자기 상승한다. 이로 인해 압착된 열가소성 레지스트 필름이 녹고 나노구조가 빠르게 각인된다. 높은 처리량 외에도 이 빠른 공정은 다른 장점을 가지고 있는데, 즉 대형 표면으로 쉽게 확장될 수 있으며, 표준 열 NIL에 비해 열 사이클에서 소비되는 에너지를 줄일 수 있다는 점이다. 이 접근 방식은 현재 ThunderNIL srl에서 추진하고 있다.
롤러 공정은 생산 라인에 구현될 수 있으므로 대형 기판(전체 웨이퍼) 및 대규모 생산에 매우 적합하다. 부드러운 스탬퍼와 함께 사용하면 공정(임프린트 및 탈형)이 매우 부드럽고 표면 거칠기 또는 결함에 내성이 있을 수 있다. 따라서 극히 얇고 깨지기 쉬운 기판조차도 가공이 가능하다. 이 공정을 사용하여 두께 50 μm까지의 실리콘 웨이퍼 임프린트가 시연되었다. 불투명 기판의 UV-롤러-NIL의 경우, UV 광은 유연한 스탬퍼를 통해 플래시되어야 한다. 예를 들어 석영 유리 드럼에 UV-LED를 통합하는 방식이다.
나노임프린트 리소그래피 나노임프린트의 미래
나노임프린트 리소그래피는 회절이나 산란 효과, 2차 전자에 의해 제한되지 않으며 정교한 방사선 화학을 필요로 하지 않는 간단한 패턴 전송 공정이다. 또한 잠재적으로 간단하고 저렴한 기술이다. 그러나 나노미터 규모 패터닝의 오랜 장벽은 템플릿을 생성하기 위해 현재 다른 리소그래피 기술에 의존한다는 점이다. 자기조립 구조가 10nm 이하 규모의 주기적인 패턴 템플릿에 대한 궁극적인 해결책을 제공할 가능성이 있다. 이중 패터닝을 기반으로 하는 방식에서 프로그래밍 가능한 템플릿을 사용하여 템플릿 생성 문제를 해결하는 것도 가능하다.
2007년 10월 기준, 도시바만이 22nm 및 그 이하에 대해 나노임프린트 리소그래피를 검증한 유일한 회사이다. 더 중요한 것은 나노임프린트 리소그래피가 산업 사용자에게 검증된 최초의 30nm 미만 리소그래피라는 점이다.
로맨틱 어나니머스
로맨틱 어나니머스는 2025년 10월 16일에 공개된 프랑스 소설 《초콜릿 로맨스》를 원작으로 한 넷플릭스 일본 드라마이다.
로맨틱 어나니머스 줄거리
사람과 접촉하는 것이 어려운 남자와 눈을 마주보는 것조차 힘든 여자가 초콜릿을 매개로 서툴게나마 사랑에 마음을 열어가는 이야기.
자연 수필
자연 수필(nature writing)은 논픽션 또는 허구 산문으로, 자연 환경에 관한 글이다. 종종 과학적 정보와 사실을 많이 활용하면서도 자연의 다양한 측면에 대한 철학적 성찰을 담고 있다. 작품은 1인칭으로 작성되며 개인적인 관찰을 포함하는 경우가 많다.
자연 수필은 자연사(예: 도감)에 주로 중점을 둔 작품부터 철학적 해석에 초점을 맞춘 작품에 이르기까지 매우 다양하다. 여기에는 시, 고독이나 탈출에 대한 수필, 여행문학 및 모험 글이 포함된다.
현대의 자연 수필은 18세기 후반에 처음 인기를 얻어 19세기 내내 지속된 박물학 작품에 뿌리를 두고 있다. 자연 수필의 중요한 초기 인물은 목사이자 박물학자 길버트 화이트 (1720-1793)였다. 그는 영국의 선구적인 박물학자이자 조류학자였다. 그는 셀본의 박물지 및 고대 유물 (1789)을 저술한 것으로 가장 잘 알려져 있다.
윌리엄 바트럼 (1739-1823)은 1791년 첫 작품을 출판한 후 문학 및 과학계에서 존경받는 인물이 된 또 다른 중요한 미국의 선구적인 박물학자였다.
자연 수필 초기 역사
성직자 박물학자의 전통은 중세 시대의 수도원 기록으로 거슬러 올라갈 수 있지만, 현대적 정의에 따르면 동물과 식물에 대한 이러한 기록은 자연사로 정확하게 분류될 수 없다. 주목할 만한 초기 성직자 박물학자로는 윌리엄 터너 (1508-1568), 존 레이 (1627-1705), 윌리엄 더햄 (1657-1735)이 있었다.
길버트 화이트는 자연에 대한 존중을 강조한 영국의 생태학자였다. 그는 지렁이에 대해 다음과 같이 말했다. "지렁이는 자연의 사슬에서 작고 하찮은 고리로 보이지만, 만약 사라진다면 통탄할 만한 공백을 만들 것이다. [...] 지렁이는 식물 성장의 위대한 촉진자이며, 지렁이가 없으면 성장이 더딜 것이다." 박물학자 윌리엄 마크윅과 함께 화이트는 1768년부터 1793년까지 햄프셔주와 서식스주에서 400종 이상의 식물 및 동물 종의 출현 날짜 기록을 수집했다. 그들의 연구 결과는 '셀본의 박물지 및 고대 유물'에 요약되어 있으며, 이 책에서 그들은 25년 동안 각 사건의 가장 이른 날짜와 가장 늦은 날짜를 기록했다. 화이트와 마크윅이 기록한 데이터는 현대 계절학의 가장 초기 사례 중 하나이다.
자연 수필 초기 역사
미국의 식물학자, 자연 역사가, 탐험가 윌리엄 바트럼은 1700년대 후반에 아메리카 대륙을 광범위하게 여행하며 토착 식물상과 동물상을 관찰했다. 그의 작품은 현재 바트럼의 여행기로 알려져 있으며 1791년에 출판되었다. 에프라임 조지 스콰이어와 에드윈 해밀턴 데이비스는 그들의 책 미시시피 계곡의 고대 유물에서 바트럼을 "플로리다의 울창한 열대림을 탐험한 최초의 박물학자"로 명명했다.
또 다른 초기 삽화가 있는 자연 수필 작품은 토마스 베윅의 영국 조류의 역사로, 두 권으로 출판되었다. 1권 "육조"는 1797년에, 2권 "수조"는 1804년에 출판되었다. 이 책은 비전문가를 위한 최초의 "도감"으로 여겨졌다. 베윅은 각 종의 정확한 삽화를 제공하고, 일반명과 학명(들)을 나열하며, 명명 권위자를 인용했다. 각 새는 분포와 행동이 설명되어 있으며, 종종 외부 자료나 통신원의 광범위한 인용문이 포함되었다. 비평가들은 베윅의 박물학자로서의 기술뿐만 아니라 판화가로서의 기술도 주목했다.
자연 수필 초기 역사
19세기 내내 자연 수필 작품에는 미국의 조류학자 존 제임스 오듀본 (1785-1851), 찰스 다윈 (1809-1882), 앨프리드 러셀 월리스 (1823-1913)의 작품이 포함되었다. 현대 작품을 출판한 추가 작가로는 영국 작가 리처드 제프리스 (1848-1887), 미국 작가 수잔 페니모어 쿠퍼 (1813-1894), 헨리 데이비드 소로 (1817-1862)가 있다. 이 장르의 다른 중요한 작가로는 랠프 월도 에머슨 (1803-1882), 존 버로스 (1837-1931), 존 뮤어 (1838-1914)가 있다.
자연 수필 20세기부터 현재까지
20세기 후반에는 영국에서 허구와 논픽션 자연 수필이 크게 증가했다. 이러한 작품 중 가장 초기에 속하는 것 중 하나는 베스트셀러 선구적인 환경운동가였던 존 무어 (1907-1967)의 작품이다. 1930년대부터 1960년대까지 글을 썼던 그는 컴프턴 맥켄지 경에 의해 그 세대에서 시골에 대해 가장 재능 있는 작가로 묘사되었다. 무어의 동시대인으로는 타르카 더 오터로 가장 잘 알려진 헨리 윌리엄슨 (1895-1977)이 있었는데, 그의 상상력이 풍부한 산문은 1928년 호손든 상을 수상했다. 다른 20세기 작가로는 미국 작가 에드워드 애비 (1927-1989), 알도 레오폴드 (1887-1948), 인도 작가 M. 크리슈난 (1912-1996)이 있었다.
자연 수필 20세기부터 현재까지
제2차 세계 대전 이후, 영국인 교사이자 박물학자인 마가렛 허친슨 (1904-1997)을 포함한 다른 작가들이 등장했는데, 그녀는 어린 시절부터 아이들을 박물학자로 키우는 것을 강력히 옹호했다. 미국 작가 레이철 카슨 (1907-1964)은 1962년에 출판된 침묵의 봄으로 유명하다. 카슨은 제2차 세계 대전 이후 산업 농업에서 살충제 사용이 증가하는 우려가 되면서 환경 손실에 대한 더 강한 경고를 담은 새롭고 날카로운 스타일의 자연 수필을 선언했다.