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CSI 효과는 2000년에 처음 방영된 텔레비전 프로그램 의 이름을 따서 명명되었다. CSI에서 가상의 "범죄 현장 수사관"("CSI 요원") 팀은 라스베이거스 광역권에서 살인 사건을 해결한다. 각 에피소드에서 시신의 발견은 팀원들의 형사 수사로 이어지며, 이들은 법과학 증거를 수집하고 분석하며 증인을 심문하고 용의자를 체포한다.
이 가상 프로그램의 인기로 세 편의 스핀오프가 제작되었다. 2002년에 첫 방영된 , 2004년에 첫 방영된 , 그리고 2015년에 첫 방영된 이다. 2021년에는 새로운 스핀오프인 가 방영되었으며, 윌리엄 피터슨과 조자 폭스가 길 그리섬과 사라 시들의 원래 역할을 다시 맡았다.
CSI 프랜차이즈의 성공으로 유사한 많은 프로그램이 제작되었다. "CSI 효과"는 CSI 이전의 드라마 및 실화 범죄 텔레비전 시리즈인 American Justice, Cold Case Files, Cold Squad, , Forensic Files, Silent Witness, Waking the Dead와 같은 프로그램들과 연관되어 왔으며, 이후에는 Bones, 콜드 케이스, 크리미널 마인드, 크로싱 조던, NCIS, Numb3rs, 와이어 인 더 블러드, 위드아웃 어 트레이스 등의 프로그램들과도 연관되었다.
닐슨 레이팅스에 따르면, 2005년 미국에서 가장 인기 있는 텔레비전 프로그램 상위 10개 중 6개가 범죄 드라마였으며, CSI: 과학수사대는 2007년 11월에 1위를 차지했다.
인기 있는 범죄 드라마의 여러 측면은 비현실적이라는 비판을 받아왔다. 예를 들어, 드라마의 가상 인물들은 범죄 현장을 조사("처리")할 뿐만 아니라 급습을 지휘하고 용의자를 추적하고 체포하며 심문하고 사건을 해결하는데, 이는 실제로는 형사와 제복 경찰관의 책임이며 CSI 요원의 책임이 아니다. 또한, CSI 요원이 범죄 현장을 처리하는 경우, 수집된 증거의 검토 및 테스트에 관여하는 것은 과학적 증거의 공정성을 훼손할 수 있으므로 부적절하다. 실제 수사에서는 DNA 및 지문 데이터가 종종 확보하기 어렵고, 확보되더라도 처리하는 데 몇 주 또는 몇 달이 걸릴 수 있지만, 텔레비전의 범죄 연구소는 보통 몇 시간 내에 결과를 얻는다.
CSI의 첫 시즌에서 기술자들은 상처의 내부를 석고 주형으로 떠서 사용된 칼의 종류를 알아냈는데, 이는 현재 기술로는 불가능하다. 텔레비전 프로그램의 등장인물들은 두 가지 증거 사이의 결정적인 관계를 설명하기 위해 종종 "일치"라는 단어를 사용하지만, 실제 법과학 기술자들은 절대적인 확실성이 종종 불가능하다는 것을 인정하면서 덜 명확한 용어를 사용하는 경향이 있다.
CSI 프랜차이즈의 제작자인 앤서니 E. 주이커는 쇼의 "모든 과학은 정확하다"고 주장했지만, 연구자들은 CSI의 법과학 묘사를 "첨단 마법"이라고 묘사했다. 법과학자 토마스 마우릴로는 CSI에 묘사된 과학 기술의 40%가 존재하지 않는다고 추정했다. 비현실적인 기술을 사용하는 것 외에도 CSI는 실제 수사에서 존재하는 모든 불확실성 요소를 무시하고, 대신 실험 결과를 절대적인 진실로 묘사한다.
이러한 부정확한 묘사가 법과학 증거에 대한 대중의 인식을 바꿀 수 있다는 개념은 "CSI 효과"라고 불렸는데, 이 용어는 2004년부터 주류 언론에 등장하기 시작했다.
이 효과에 따라 피해자와 그 가족, 그리고 배심원들은 DNA 분석 및 지문 채취와 같은 시연된 기술로부터 즉각적인 답변을 기대하게 되는데, 실제 법과학 처리에는 며칠 또는 몇 주가 걸리며 검찰측 주장의 "결정적 증거"를 밝혀낼 보장이 없다. 지방 검찰청은 물리적 증거가 거의 없는 사건의 유죄 판결률이 배심원들에게 CSI의 영향으로 인해 크게 감소했다고 진술한다.
2009년까지 내셔널 지오그래픽, 사이언티픽 아메리칸, 그리고 U.S. 뉴스 &amp; 월드 리포트를 비롯한 신문과 잡지에 CSI 효과에 대한 250개 이상의 기사가 실렸다.
CSI 효과는 최근의 현상이지만, 미디어가 미국의 사법 제도를 묘사하는 것이 대중의 인식을 크게 변화시킬 수 있다는 것은 오랫동안 인식되어 왔다.
한 변호사는 1990년 뉴욕 타임스에 "재판 전날 밤 L.A. 로를 보지 않는 변호사는 바보"라고 말했다. 2002년 배심원 설문조사에 따르면 인기 있는 법원 쇼 Judge Judy 시청자들은 재판정 내에서 판사의 역할에 대해 크게 잘못 알고 있었다.
"법률 또는 수사 시스템"에 대한 대중의 인식에 영향을 미쳤을 수 있는 이전 프로그램으로는 페리 메이슨 (1957–1966), 형사 Q (1976–1983) 및 로 앤 오더 프랜차이즈 (1990–현재)가 있다.
뉴스 미디어의 형사 재판 보도, 광범위한 인터넷 블로그 활동, 그리고 이노센스 프로젝트의 성공 또한 법과학에 대한 대중의 인식을 높이는 데 기여했다. CSI 프랜차이즈 제작자 주이커는 "CSI 효과는 제 생각에 이 시리즈에서 나온 가장 놀라운 일입니다"라고 말했다.
CSI 효과는 연구자 N. J. 슈바이처와 마이클 J. 색스에 의해 CSI가 범죄 피해자와 배심원들의 법과학, 특히 범죄 현장 수사 및 DNA 감식에 대한 실제 기대를 높인다고 주장되는 현상을 지칭하는 것으로 설명된다. 도널드 E. 셸턴, 영 S. 김, 그리고 그렉 바락은 이것이 오늘날 많은 재판이 진행되는 방식을 변화시켰다고 말했는데, 검사들이 법정에서 더 많은 법과학 증거를 제시하도록 압력을 받는다는 것이다.
2006년에는 이 효과를 뒷받침하는 증거가 주로 법 집행관과 검사들의 일화에 불과했으며, 효과에 대한 실증적 검증이 거의 이루어지지 않았고, 당시 발표된 한 연구에서는 이 현상이 도시 전설일 수 있다고 시사했다. 2008년 심리학 대학원생을 대상으로 한 연구에서는 이러한 유형의 프로그램을 많이 시청하는 사람들 사이에서 CSI 효과의 증거를 찾지 못했다.
도널드 E. 셸턴이 애나버의 1,027명의 잠재적 배심원을 대상으로 실시한 설문조사에 따르면, CSI 시청자들은 비CSI 시청자들보다 과학적 증거에 대한 기대치가 높았지만, 대부분의 경우 판결을 내리는 데 과학적 증거는 필요하지 않았다.
그러나 더 최근의 연구는 이러한 현대 텔레비전 쇼가 대중의 인식과 기대, 그리고 배심원 행동에 오해의 소지가 있는 영향을 미친다고 시사한다.
"CSI 효과"를 인용하며, 적어도 한 연구자는 그러한 텔레비전 프로그램의 영향 수준에 대해 배심원들을 선별할 것을 제안했다.
배양 이론.
"CSI 효과"에 대한 많은 연구는 조지 거브너의 배양 이론을 인용하여 텔레비전 시청이 시청자의 현실 인식에 미칠 수 있는 영향을 설명한다. 거브너의 이론은 텔레비전이 스토리텔링의 중심 시스템이며 현실 왜곡을 유발한다고 주장한다. 배양 이론은 사람들이 텔레비전 세계에서 "사는" 시간이 많을수록 사회적 현실이 텔레비전에 묘사된 "현실"과 일치한다고 믿을 가능성이 높다고 주장한다. 이 이론은 텔레비전을 더 많이 시청하는 사람들이 텔레비전에 묘사된 다양한 모습에 기반하여 현실에 대한 특정 신념을 발전시킬 가능성이 더 높다고 제안한다.
한 연구는 거브너의 배양 이론을 대학생들에게 적용하여 미국 범죄 드라마가 그들의 현실 인식을 왜곡하는지 확인했다. 미국 범죄 드라마를 많이 시청한 학생들은 밤에 미국에서 공격받을 가능성과 같은 현실에 대한 다양한 오해를 믿을 가능성이 더 높은 것으로 나타났다.
또 다른 연구는 거브너의 이론을 , , 크리미널 마인드, 위드아웃 어 트레이스와 같은 인기 범죄 드라마의 내용 분석에 적용했다. 연구자들은 DNA가 이들 프로그램에서 자주 언급되었음을 발견했으며, 이는 가상 미디어의 배양이 현실 세계에 영향을 미친다는 주장을 뒷받침한다.
법과학 범죄 텔레비전 프로그램의 인기는 배심원들 사이에 법과학 및 수사 절차의 본질에 대한 많은 오해를 불러일으킨다고 추정된다. CSI 효과는 두 가지 주요 방식으로 판결에 영향을 미치는 것으로 가설화된다.
이러한 효과와 다른 효과들이 범죄 드라마에 의해 발생할 수 있지만, 가장 흔히 보고되는 효과는 배심원들이 명백한 유죄 증거에도 불구하고 피고인에게 잘못된 무죄를 선고한다는 것이다. 특히 검찰은 증인 진술이 있음에도 불구하고 DNA 증거를 제공해야 한다는 압력을 느끼고 있다고 보고했다.
실제로 444명의 검사를 대상으로 한 연구에서 56%는 CSI 효과가 거의 항상 또는 항상 배심원에게 영향을 미친다고 믿었고, 81%는 CSI 효과가 판사에게 영향을 미친다고 믿었다.
한 세간의 이목을 끈 사건에서, 로스앤젤레스군 지방 검사 스티브 쿨리는 로버트 블레이크의 살인 혐의 무죄 판결을 CSI 효과 탓으로 돌렸다. 쿨리는 블레이크의 유죄에 대한 두 증인의 증언에도 불구하고 "무죄" 평결이 나왔다고 언급하며, 배심원들이 "믿을 수 없을 정도로 어리석다"고 주장했다.
2005년까지 일부 판사와 검사들은 CSI 효과에 대처하기 위해 재판 준비와 절차를 변경하기 시작했다.
일부는 편향된 배심원을 선별하기 위해 배석적격심문 동안 범죄 드라마 텔레비전 시청에 대해 질문을 던진다.
예를 들어, 찰스와 드레이크 대 주 (2010) 사건에서 피고인들은 2급 살인죄로 유죄 판결을 받았고, 예비심문 동안 판사는 CSI 효과에 대한 질문을 제시했다. 이 경우 메릴랜드 항소법원은 CSI 효과 예비심문 질문이 편향된 언어와 무죄 선고에 대한 언급 없이 "유죄"라는 용어를 사용했기 때문에 부적절하다고 판결했다.
검사들은 또한 모두 진술과 최종 변론을 사용하여 CSI 효과의 가능한 영향을 최소화했다.
고프 대 주 (2009) 사건에서 검사는 배심원 적격 심문 동안 배심원들에게 과학적 증거 없이 평결을 내릴 수 있는지 물었고, 최종 변론 동안 이 질문을 다시 상기시켰다. 이 경우 CSI 효과에 대한 언급은 사용된 언어가 중립적이고 편향되지 않았기 때문에 허용 가능한 것으로 간주되었다.
또한 배심원 지시도 CSI 효과에 대해 배심원들에게 알리는 수단으로 사용되었다.
앳킨스 대 주 (2011) 사건에서 배심원들은 과학적 증거가 사건의 유효성을 위해 필수적이지 않다는 지시를 받았다. 법원은 과학적 증거에 관한 이 배심원 지시가 부적절하다고 판결했는데, 주가 입증 책임을 다하지 않았기 때문이다.
게다가 검사들은 특정 형태의 물리적 증거가 자신들의 사건과 관련이 없는 이유를 설명하기 위해 전문가 증인을 고용했다. 한 호주 살인 사건에서는 변호인이 배심원이 DNA 증거를 잘못 해석하는 것을 피하기 위해 판사 단독 재판을 요청했다.
배석적격심문 중 질문을 추가하고 모두 진술 및 최종 변론을 하는 것 외에도, 검사들은 범죄 기반 텔레비전 프로그램을 정기적으로 시청하는 배심원을 피하기 위해 배심원 선정 과정에 더 많은 시간을 할애하고 있다.
2006년까지 CSI 효과는 법률 전문가들 사이에서 실제 현상으로 널리 받아들여졌지만, 이를 입증하거나 반증할 실증적 증거는 거의 없었다.
2008년 연구원 모니카 로버스가 실시한 설문조사에 따르면, 모든 미국 법률 전문가의 약 80%가 법과학 텔레비전 프로그램의 영향을 받아 판결이 바뀌었다고 믿었다.
뉴욕 대학교 교수 톰 R. 타일러는 심리학적 관점에서 볼 때 범죄 드라마는 무죄 판결보다 유죄 판결률을 높일 가능성이 더 높다고 주장했다. 드라마는 배심원이 피고인에게 무죄를 선고할 때 얻을 수 없는 정의감과 종결감을 조장하기 때문이다. 무죄 판결률의 인지된 증가는 피고인에 대한 동정심이나 법적 권위에 대한 신뢰 하락과 관련이 있을 수 있다.
2006년 미국 대학생들을 대상으로 한 설문조사에서도 비슷한 결론에 도달했다. CSI의 영향은 검찰에 부담을 줄 가능성이 낮으며, 실제로는 그들을 도울 수도 있다는 것이다.
CSI 효과에 대한 가장 큰 실증 연구 중 하나는 2006년 워시트노군 순회 법원 판사 도널드 셸턴과 이스턴 미시간 대학교의 두 연구원에 의해 수행되었다. 그들은 1,000명 이상의 배심원을 대상으로 설문조사를 실시했으며, 배심원의 법과학 증거에 대한 기대치는 증가했지만, 범죄 드라마 시청과 유죄 판결 경향 사이에는 상관관계가 없음을 발견했다.
법과학 증거에 대한 인식이 변화하는 것에 대한 또 다른 설명은 소위 "기술 효과"이다. 즉, 기술이 발전하고 사회 전반에 걸쳐 보편화됨에 따라 사람들은 법과학 기술의 능력에 대해 더 높은 기대를 갖게 된다는 것이다.
셸턴은 한 배심원이 검찰이 잔디에서 지문 채취를 하지 않은 것에 대해 불평한 사례를 설명했는데, 이는 불가능한 절차이며 어떤 범죄 드라마에서도 시연되지 않았다. 같은 저자들이 수행한 후속 연구에서는 CSI를 자주 시청하는 사람들이 정황증거에 더 낮은 가치를 둘 수 있지만, 그들의 시청은 목격자 증언에 대한 평가나 여러 유형의 증거가 있는 사건에서 유죄를 선고하는 경향에는 영향을 미치지 않는다는 것을 발견했다.
CSI 효과에 대한 많은 이야기는 무죄 판결률이 증가했다고 가정하지만, 이는 종종 전적으로 사례 증거에 기반한다.
2009년 8개 주에서 유죄 판결 통계에 대한 연구에 따르면, 형사 검사의 의견과는 달리 CSI가 첫 방영된 이후 몇 년 동안 무죄 판결률은 감소했다. 특정 재판의 결과는 CSI 첫 방영 전후 여부보다는 재판이 진행된 주에 훨씬 더 강하게 의존한다.
위스콘신 대학교-밀워키의 2010년 연구는 범죄 드라마 시청과 DNA 증거에 대한 인식된 이해 사이에 상관관계가 있을 수 있지만, 그러한 시청이 배심원 의사 결정에 영향을 미쳤다는 증거는 없다고 시사한다. 2010년 8월 현재 CSI 시청과 무죄 판결률 사이의 상관관계를 입증한 실증적 증거는 없다.
한 연구원은 CSI 효과(및 페리 메이슨 증후군 및 백의 증후군과 같은 다른 법정 효과)에 대한 인식이 배심원들의 무능함 때문이 아니라 배심원 제도 전체에 대한 일반적인 불신 때문이라고 주장했다.
CSI 효과는 법과학자들이 교육받고 훈련받는 방식에 영향을 미쳤다. 과거에는 법과학 분야에 진출하려는 사람들은 일반적으로 과학 분야에서 학사 학위를 취득한 후 석사 학위를 취득했다. 그러나 CSI와 같은 프로그램의 인기로 인해 법과학 학부 과정 및 대학원 프로그램에 대한 수요가 증가했다.
2004년 플로리다 국제 대학교와 캘리포니아 대학교 데이비스의 법과학 프로그램은 CSI 효과의 결과로 알려져 두 배로 증가했다. 그러나 많은 학생들이 비현실적인 기대를 가지고 그러한 프로그램에 입학한다. 법과학에 대한 직업적 관심은 미국 외 다른 국가들, 예를 들어 호주, 영국, 그리고 독일의 학생들 사이에서 확산되었다. 스위스 로잔 대학교의 법과학 프로그램의 인기가 증가한 것도 CSI 효과 때문으로 알려져 있다.
법과학 프로그램의 인기가 높아져 범죄 연구소 일자리에 더 많은 지원자가 생겼지만, 이러한 과정이 학생들을 실제 법과학 업무에 충분히 준비시키지 못한다는 우려도 있다. 졸업생들이 과학 학위에서 얻을 수 있는 기본적인 과학 원리에 대한 확실한 이해가 부족하기 때문이다. 많은 법과학 학생들이 지나치게 명확한 답을 가진 단순화된 연습을 접하게 되는데, 이는 법과학의 힘에 대해 왜곡된 인식을 줄 수 있다. 앨버커키 경찰청은 지역 주민들에게 "진정한 법과학 기술의 능력과 한계"를 익숙하게 하는 "시민 CSI" 과정을 개발하여 미래의 법과학자들과 배심원들 모두의 과학 문해를 향상시키려고 노력했다.
법과학 범죄 드라마는 종종 존재하지 않는 기술을 묘사한다고 비판받지만, 이러한 드라마들은 발명가와 연구팀에게 영감을 줄 수 있는데, 과학적 혁신이 공상 과학 소설에서 처음 묘사되는 것이 드물지 않기 때문이다.
고등 교육에서 법과학, 형사 사법, 범죄학, 심리학 과정의 대중화는 범죄 관련 텔레비전 프로그램 때문일 수도 있다. 와 Bones와 같은 법과학 기반 프로그램이 법과학 프로그램의 인기를 높인 반면, 크리미널 마인드와 콴티코는 각각 심리학 및 형사 사법 프로그램을 홍보했다. 대학생을 대상으로 한 한 연구에 따르면, 형사 사법 전공자들은 자신의 전공이나 직업에 대한 개인적인 결정을 미디어에 기반하지 않았지만, 동료 학생들이 그렇게 했다고 믿었다.
CSI 효과는 범죄가 저질러지는 방식도 바꿀 수 있다. CSI: 과학수사대가 첫 방영된 해인 2000년, 미국 전체 강간 사건의 46.9%가 경찰에 의해 해결되었다. 2005년까지 이 비율은 41.3%로 떨어졌다. 일부 수사관들은 이러한 감소를 CSI 효과 탓으로 돌렸는데, 범죄 드라마가 범죄자들이 증거를 숨기거나 파괴하는 방법을 종종 의도치 않게 자세히 설명하기 때문이다. 여러 강간 피해자들은 가해자들이 폭행 후 자신들을 샤워하게 하거나 표백제로 몸을 씻게 했다고 보고했다.
2005년 12월, 저메인 매키니는 오하이오주 트럼불군의 한 주택에 침입하여 두 여성을 살해했다. CSI의 팬이었던 매키니는 자신의 범죄 증거를 제거하기 위해 이례적인 노력을 기울였다. 그는 표백제로 손을 씻고, 시신과 옷을 불태웠으며, 살인 무기를 호수에 버리려 시도했다. 매키니는 결국 체포되었다.
로스앤젤레스군 살인 부서장 레이 피비는 범죄자들에게 증거를 숨기는 방법을 가르치는 것 외에도 범죄 드라마가 "텔레비전에서 (범죄에서) 벗어나는 것이 얼마나 간단한지 볼 때 그들을 격려할 수도 있다"고 언급했다.
다른 이들은 CSI와 같은 프로그램이 범죄자들에게 교육적 효과를 주지 않는다고 주장한다. 웨스트버지니아 대학교 법과학 이니셔티브 책임자인 맥스 호크는 CSI가 범죄자들을 교육할 수도 있지만, 범죄를 저지르는 사람들은 일반적으로 처음부터 그리 똑똑하지 않다고 말했다.
증거를 숨기려는 시도가 더 많은 증거를 만들어낸다면 범죄 드라마가 그 반대 효과를 가질 수도 있다. 호크는 침에 DNA가 있기 때문에 봉투를 핥지 않았지만, 대신 접착 테이프에 지문과 머리카락 샘플을 남긴 범죄자들의 예를 들었다.
매키니 사건의 수석 수사관 태미 클라인은 자신이 수사하는 살인 사건들은 "대부분 상당히 어리석은" 사람들에 의해 저질러진다고 말했다. 미국 형사 변호인 협회의 전 회장 래리 포즈너는 폭력 범죄를 저지르는 사람들이 일반적으로 예방 조치를 취하지 않기 때문에 텔레비전 법과학 프로그램이 그들의 행동에 어떤 영향도 미칠 가능성이 낮다고 주장했다.
유죄 판결을 받은 연쇄 강간범 조나단 헤인즈는 피해자들에게 법과학 증거를 파괴하도록 강요했다. 그는 피해자 중 한 명이 CSI 텔레비전 시리즈를 시청하고 영감을 받아 자신의 머리카락을 고의로 뽑아 나중에 그의 차에서 발견되어 그가 공격과 연관되어 체포된 후에야 잡혔다.
경찰서장 효과.
CSI 효과의 덜 알려진 하위 범주 중 하나는 경찰서장 효과로 알려져 있다. 경찰서장 효과는 범죄 관련 텔레비전 쇼가 범죄자들에게 법 집행 기관으로부터 탐지를 피하는 방법을 교육했다는 것을 시사한다. 범죄 관련 텔레비전 쇼는 범죄 현장에 DNA가 남을 가능성을 줄이는 범죄자들의 기술, 예를 들어 장갑을 끼거나 표백제를 사용하는 방법을 자주 보여준다. 이 효과는 전략적으로 거짓말 탐지기 검사를 통과하는 것과 같이 DNA와 관련 없는 증거에도 미친다.
법 집행관들은 종종 텔레비전의 비현실적인 묘사에서 비롯된 수사에 대한 문의와 요구를 받는다. 2010년 캐나다 경찰관들을 대상으로 한 설문조사에서 일부는 이러한 CSI의 영향을 받은 문의에 좌절했지만, 대부분은 이를 대중에게 실제 경찰 업무에 대해 알릴 기회로 보았다.
새로운 기술과 법과학에 대한 대중의 인식 증가는 미제 사건 해결에 대한 새로운 관심을 불러일으켰고 경찰 수사관들 사이에서 더 높은 책임감을 고취했다.
그러나 법과학 증거에 대한 수요 증가는 법과학 실험실에 감당하기 어려운 업무량을 초래할 수 있다. 일부 범죄 연구소는 매년 수천 건의 사건을 처리한다.
많은 법 집행 기관은 수집하는 물리적 증거의 양이 증가함에 따라 충분한 보관 공간을 확보하지 못하고 있다. 일부 수사에서는 DNA 증거를 단순히 제대로 보관할 공간이 없기 때문에 수집하지 않기도 한다.
마케팅에서 미끼 효과(decoy effect) 또는 유인 효과(attraction effect) 또는 비대칭 지배 효과(asymmetric dominance effect)는 비대칭적으로 지배되는 세 번째 옵션이 제시될 때 소비자가 두 옵션 사이의 선호도에서 특정 변화를 보이는 현상이다. 옵션이 비대칭적으로 지배된다는 것은 한 옵션에 대해 모든 면에서 열등하지만, 다른 옵션에 비해서는 어떤 면에서는 열등하고 어떤 면에서는 우수하다는 것을 의미한다. 즉, 선호도를 결정하는 특정 속성 측면에서, 그것은 한 옵션에 의해 완전히 지배되고(즉, 열등하고) 다른 옵션에 의해 부분적으로만 지배된다. 비대칭적으로 지배되는 옵션이 존재할 때, 비대칭적으로 지배되는 옵션이 없을 때보다 더 높은 비율의 소비자가 지배적인 옵션을 선호한다. 따라서 비대칭적으로 지배되는 옵션은 지배적인 옵션에 대한 선호도를 높이는 미끼 역할을 한다. 미끼 효과는 또한 결정 이론의 관련 없는 대안의 독립성 공리 위반의 한 예이다. 더 간단히 말하면, 두 옵션 중에서 결정할 때, 매력적이지 않은 세 번째 옵션이 다른 두 옵션 사이의 인식된 선호도를 바꿀 수 있다는 것이다.
미끼 효과는 모든 공리적 선택 모델, 예를 들어 루스(Luce)의 선택 모델에서 나타나는 "규칙성" 가정에 대한 위반이기 때문에 선택 이론에서 특히 중요하게 여겨진다. 규칙성이란 다른 대안이 선택 집합에 추가될 때 어떤 대안의 시장 점유율도 증가할 수 없음을 의미한다. 새로운 대안은 기존 대안의 선택 점유율을 줄이거나, 최선의 경우 변경하지 않아야 한다. 아래에 표시된 예시에서는 새로운 대안 C가 A와 B의 상대적 점유율을 변경할 뿐만 아니라 실제로 A의 점유율을 절대적인 측면에서 증가시키므로 규칙성이 위반된다. 마찬가지로, 새로운 대안 D의 도입은 B의 점유율을 절대적인 측면에서 증가시킨다.
스마트폰과 관련된 고려 집합(메뉴에서 선택할 수 있는 옵션)이 있다고 가정해 보자. 소비자들은 일반적으로 더 높은 저장 용량(GB 수)과 더 낮은 가격을 긍정적인 속성으로 볼 것이다. 일부 소비자는 더 많은 사진, 음악 등을 저장할 수 있는 기기를 원할 수 있지만, 다른 소비자는 비용이 더 적게 드는 기기를 원할 것이다.
이 경우, 일부 소비자는 더 큰 저장 용량 때문에 A를 선호할 것이고, 다른 소비자는 더 낮은 가격 때문에 B를 선호할 것이다.
이제 새로운 플레이어, 즉 "미끼"인 C가 시장에 추가되었다고 가정해 보자. C는 "타겟"인 A와 "경쟁자"인 B보다 더 비싸고, B보다 저장 용량이 많지만 A보다는 적다.
미끼 C의 추가—소비자들은 더 많은 저장 공간을 가진 모델에 대해 더 낮은 가격을 지불할 수 있다는 점을 감안할 때 C를 피할 것이라고 추정된다—는 지배적인 옵션인 A가 고려 집합 1에 있는 두 가지 선택만 존재할 때보다 더 자주 선택되게 한다. C는 A와 B의 비교 기준 역할을 하여 소비자 선호도에 영향을 미친다. A는 모든 면에서 C보다 우수하고, B는 부분적으로만 C보다 우수하므로, 이전보다 더 많은 소비자가 A를 선호하게 될 것이다. 따라서 C는 A의 판매를 늘리는 유일한 목적을 가진 미끼이다.
반대로, C 대신 플레이어 D가 도입되었다고 가정해 보자. D는 A와 B보다 저장 용량이 적고, B보다 비싸지만 A만큼 비싸지는 않다.
여기서 결과는 비슷하다. 소비자들은 D를 선호하지 않을 것이다. 왜냐하면 D는 어떤 면에서도 B만큼 좋지 않기 때문이다. 그러나 C가 A에 대한 선호도를 높인 반면, D는 반대 효과를 가져와 B에 대한 선호도를 높인다.
댄 애리얼리(Dan Ariely)의 저서 『상식 밖의 경제학(Predictably Irrational)』에 소개된 또 다른 예시는 이코노미스트(The Economist) 잡지에서 실제로 사용된 사례였다. 구독 화면에는 세 가지 옵션이 제시되었다.
이러한 선택지 중에서, 애리얼리가 실시한 실험의 학생들 중 16%는 첫 번째 옵션을 선택했고, 0%는 중간 옵션을 선택했으며, 84%는 세 번째 옵션을 선택했다. 아무도 두 번째 옵션을 선택하지 않았음에도 불구하고, 그가 그 옵션을 제거했을 때 결과는 역전되었다: 학생들 중 68%는 온라인 전용 옵션을 선택했고, 32%는 인쇄 및 웹 옵션을 선택했다.
미끼 효과는 일반적으로 미끼 C가 없을 때의 타겟 A의 선택 빈도와 미끼가 고려 집합에 있을 때의 선택 빈도를 비교하여 측정한다. 미끼 효과는 소비자가 경쟁자 대신 타겟을 선택하기 위해 기꺼이 얼마나 더 지불할 의사가 있는지를 통해서도 측정할 수 있다.
일부 연구는 유인 효과가 현실적인 구매 시나리오, 예를 들어 옵션이 그래픽으로 제시되거나 타겟과 경쟁자가 정확히 같은 가치를 가지지 않을 때는 나타나지 않는다고 제안한다.
원저자들은 유인 효과가 소비자가 타겟과 경쟁자 사이에서 거의 무관심할 때, 제품의 두 가지 차원(예시에서는 가격과 저장 용량)이 소비자에게 거의 동등하게 중요할 때, 미끼가 너무 바람직하지 않을 때, 그리고 지배 관계를 쉽게 식별할 수 있을 때만 발생한다는 점을 다시 강조해야 했다. 최근 연구는 옵션이 산점도와 같이 그래픽으로 제시될 때에도 유인 효과가 지속된다는 것을 실제로 확인했다.
생태학에서 주변 효과(edge effects) 또는 가장자리 효과는 둘 이상의 서식지 경계에서 발생하는 개체군 또는 생물군집 구조의 변화를 말한다. 서식지 단편이 작은 지역은 특히 뚜렷한 주변 효과를 보이며, 이는 전체 범위에 걸쳐 확장될 수 있다. 주변 효과가 증가함에 따라 경계 서식지는 더 큰 생물 다양성을 허용한다.
도시화는 인간이 지속적으로 경관을 단편화하여 주변 효과를 증가시키고 있다. 경관생태학의 이러한 변화는 여러 결과를 초래하는 것으로 입증되고 있다. 보편종, 특히 침입종은 이러한 경관 변화로 이득을 보는 반면, 특수종은 고통받고 있다. 예를 들어, 멕시코의 라칸도나 열대우림에서 가장자리 비내성 조류의 알파 다양성은 주변 효과가 증가함에 따라 감소하고 있다.
높이 또한 조각들 사이에 경계를 만들 수 있다.
환경 조건은 특정 종의 식물과 동물이 서식지 경계에 서식할 수 있도록 한다. 숲 가장자리에 서식하는 식물은 음지 비내성인 경향이 있다. 이러한 식물은 건조한 조건에 강한 경향이 있으며, 관목과 덩굴식물 등이 있다. 서식하는 동물은 흰꼬리사슴과 노새사슴, 와피티사슴, 솜꼬리토끼, 청조류, 미국지빠귀와 같이 두 개 이상의 서식지를 필요로 하는 경향이 있다. 일부 동물은 서식지 사이를 이동하지만, 가장자리 종은 가장자리에 제한된다. 큰 서식지 조각은 작은 조각에 비해 더 많은 자생종 생물 다양성을 가지고 있다. 조각의 너비 또한 다양성에 영향을 미친다. 가장자리 조각은 주변 효과의 기울기를 발달시키기 위해 단순히 뚜렷한 경계 이상으로 두드러져야 한다.
생물군집 사이를 이동하는 동물들은 경계선을 따라 이동 경로를 만들 수 있으며, 이는 경로를 따라 식물에 도달하는 빛을 증가시키고 일차생산량을 촉진한다. 더 많은 빛이 식물에 도달함에 따라 더 많은 수와 크기의 식물들이 번성할 수 있다. 증가된 일차생산량은 초식성 곤충의 수를 증가시키고, 이어서 둥지를 트는 새들을 거쳐 영양 단계를 따라 위로 올라갈 수 있다.
넓거나 지나치게 자란 경계의 경우, 일부 종은 다른 쪽에 서식할 수 있는 능력이 있음에도 불구하고 경계의 한쪽에 제한될 수 있다. 때때로 주변 효과는 자연적 변이를 감소시키고 원래의 생태계를 위협하는 비생물적 및 생물적 조건을 초래한다. 해로운 주변 효과는 경계 종의 물리적 및 화학적 조건에서도 나타난다. 예를 들어, 농경지에서 나오는 비료가 경계하는 숲으로 침투하여 서식지를 오염시킬 수 있다. 가장자리에 영향을 미치는 세 가지 요인은 다음과 같이 요약할 수 있다.
인간 활동은 개발과 농업을 통해 가장자리를 만든다. 종종 이러한 변화는 서식지의 크기와 종 모두에게 해롭다. 인간의 영향의 예는 다음과 같다.
가장자리가 자연 생태계를 분할하고 경계 외부 지역이 교란되거나 비자연적인 시스템인 경우, 자연 생태계는 가장자리에서 상당한 거리까지 심각한 영향을 받을 수 있다. 1971년 오덤은 '생물군집 접합부에서의 다양성 증가는 주변 효과로 알려져 있다... 숲이 균일한 지역과 비교하여 저택, 캠퍼스 및 유사한 환경에서 명금류의 밀도가 더 높다는 것은 잘 알려진 사실이다.'라고 썼다. 인접한 토지가 벌채되어 개방/숲 경계가 생성된 숲에서는 햇빛과 바람이 훨씬 더 많이 침투하여 가장자리 근처의 숲 내부를 건조하게 만들고 기회주의적 종의 성장을 촉진한다. 가장자리에서는 기온, 수증기압 결손, 토양 수분, 광도, 광합성 유효방사 (PAR) 수준이 모두 변화한다.
아마존 열대우림.
한 연구는 주변 효과에 의해 변형된 아마존 분지 면적이 개간된 면적을 초과한다고 추정했다. "아마존 숲 조각 연구에서 미기후 효과는 숲 내부로 최대 100m(330ft)까지 분명하게 나타났다." 조각이 작을수록 인근 경작지에서 확산되는 화재에 더 취약하다. 숲 가장자리 근처에서는 빛의 가용성 증가로 인해 건조가 심해지고 하목층 성장이 증가하여 산불이 더 흔하게 발생한다. 하목층 바이오매스 증가는 목초지 화재가 숲으로 확산되도록 하는 연료를 제공한다. 1990년대 이후 화재 빈도 증가는 아마존 숲을 서서히 변화시키는 주변 효과 중 하나이다. 온도, 습도, 빛 수준의 변화는 침입종을 포함한 비숲 종의 침입을 촉진한다. 이러한 단편화 과정의 전반적인 효과는 모든 숲 단편이 단편 크기 및 모양, 다른 숲 지역과의 고립, 숲 매트릭스에 따라 자생 생물 다양성을 잃는 경향이 있다는 것이다.
유럽인들이 북아메리카에 정착하기 시작했을 때보다 현재 미국의 숲 가장자리 면적은 훨씬 더 크다. 일부 종은 이러한 사실로 이득을 얻었는데, 예를 들어 탁란을 하여 숲 경계 근처의 숲에 둥지를 트는 명금류의 둥지에 알을 낳는 갈색머리찌르레기가 있다. 숲 가장자리의 확산으로 이득을 얻는 또 다른 종은 덩굴옻나무이다.
반대로, 잠자리는 모기를 잡아먹지만, 인간 거주지 주변에서는 모기보다 살아남기가 더 어렵다. 따라서 인간 정착지 근처의 산책로와 하이킹 지역은 깊은 숲 서식지보다 모기가 더 많다. 풀, 허클베리, 화려한 커런트 및 그늘 비내성 나무인 더글러스 전나무와 같은 모든 식물은 가장자리 서식지에서 번성한다.
개발된 토지가 야생 토지와 병치될 경우, 종종 침입 외래종 문제가 발생한다. 칡, 일본 인동덩굴, 멀티플로라 장미와 같은 종들은 자연 생태계를 손상시켰다. 이점으로는, 개방된 공간과 가장자리가 더 많은 빛과 지면에 가까운 식생이 있는 곳에서 번성하는 종(무엇이? 자생종 또는 침입종, 황야/개척종?)에게 장소를 제공한다. 사슴과 엘크는 특히 숲 가장자리에서만 발견되는 풀과 관목을 주식으로 삼기 때문에 특히 이점을 얻는다.
천이에 미치는 영향.
주변 효과는 식생이 경쟁자에게 밀려나지 않고 확산될 때 천이에도 적용된다. 다른 종들은 서식지의 가장자리나 중심 부분에 적합하며, 이는 다양한 분포를 초래한다. 가장자리는 또한 방향에 따라 달라진다. 북쪽이나 남쪽에 있는 가장자리는 반대편보다 더 적거나 많은 햇빛을 받으며(반구와 볼록 또는 오목한 지형에 따라 다름), 다양한 식생 패턴을 생성한다.
생물군집 접합부(에코톤)에서 식물과 동물 다양성이 증가하는 현상도 주변 효과라고 불리며, 본질적으로 국지적으로 더 넓은 범위의 적합한 환경 조건 또는 생태적 지위 때문이다.
생물학적 분석에서의 주변 효과는 생물학적 효과보다는 스크리닝 플레이트에서 웰의 위치에 의해 발생하는 데이터의 인공물을 의미한다.
주사 전자 현미경에서의 주변 효과는 시료에서 탈출하여 검출기에 도달하는 이차전자 및 후방산란전자의 수가 표면보다 가장자리에서 더 높은 현상이다. 상호작용 부피는 표면 아래로 멀리 퍼지지만, 이차전자는 표면 가까이(일반적으로 약 10nm, 재료에 따라 다름) 있을 때만 탈출할 수 있다. 그러나 전자빔이 가장자리 가까운 영역에 부딪힐 때, 가장자리에 가깝지만 표면 아래로 멀리 떨어진 충격 지점 아래에서 생성된 전자가 수직 표면을 통해 탈출할 수 있다.
전기 광학 효과(Electro–optic effect)는 빛의 주파수에 비해 느리게 변하는 전기장에 반응하여 물질의 광학적 특성이 변화하는 현상이다. 이 용어는 다음과 같이 세분화될 수 있는 여러 가지 뚜렷한 현상을 포함한다.
2015년 12월, 유형 (b)의 두 가지 추가 전기 광학 효과가 이론적으로 존재한다고 예측되었으나 아직 실험적으로 관찰되지는 않았다.
흡수 변화는 크라머스-크로니히 관계로 인해 흡수 가장자리 근처의 파장에서 굴절률에 강한 영향을 미칠 수 있다.
광학 주파수에서 진동하는 전기장도 허용하는 전기 광학 효과에 대한 덜 엄격한 정의를 사용하면, 비선형 흡수 (흡수가 빛의 강도에 따라 달라짐)를 범주 a)에, 광학 커 효과 (굴절률이 빛의 강도에 따라 달라짐)를 범주 b)에 포함시킬 수 있다. 광전 효과 및 광전도와 결합된 전기 광학 효과는 광굴절 효과를 발생시킨다.
"전기 광학"이라는 용어는 종종 "광전자"의 동의어로 잘못 사용된다.
전기 광학 변조기.
전기 광학 변조기는 일반적으로 포켈스 효과를 나타내는 전기 광학 결정으로 만들어진다. 전송되는 빔은 결정에 가해지는 전기 신호로 위상 변조된다. 진폭 변조기는 두 개의 선형 편광자 사이에 전기 광학 결정을 놓거나 마흐-젠더 간섭계의 한 경로에 놓음으로써 만들 수 있다.
또한, 진폭 변조기는 빔을 섬유와 같은 작은 개구부 안팎으로 편향시켜 구성할 수 있다. 이 설계는 결정 구성에 따라 저손실(&lt;3dB) 및 편광 독립적일 수 있다.
전기 광학 편향기.
전기 광학 편향기는 전기 광학 결정으로 된 프리즘을 활용한다. 굴절률은 포켈스 효과에 의해 변경되어 프리즘 내부에서 빔의 전파 방향을 변경한다. 전기 광학 편향기는 분해 가능한 스폿 수가 적지만 빠른 응답 시간을 가진다. 현재 상용 모델은 거의 없다. 이는 음향 광학 편향기와의 경쟁, 분해 가능한 스폿 수가 적다는 점, 그리고 전기 광학 결정의 상대적으로 높은 가격 때문이다.
전기 광학 장 센서.
비선형 결정(예: KDP, BSO, K*DP)에서의 전기 광학 포켈스 효과는 편광 상태 변조 기술을 통해 전기장 감지에 사용될 수 있다. 이 시나리오에서 알 수 없는 전기장은 전기 광학 결정을 통과하는 레이저 빔의 편광 회전을 유발한다. 광다이오드에 입사하는 빛의 강도를 변조하기 위해 편광자를 포함함으로써, 얻어진 전압 트레이스에서 시간 분해된 전기장 측정을 재구성할 수 있다. 결정 탐침에서 얻은 신호는 광학적이므로 본질적으로 전기 노이즈 수집에 강하며, 따라서 탐침 근처에 높은 수준의 전자기 노이즈가 있는 지역에서도 저노이즈 필드 측정에 사용될 수 있다. 또한, 포켈스 효과로 인한 편광 회전이 전기장에 선형적으로 비례하므로, 전기장의 시간 도함수에 민감한 기존 탐침의 경우와 같이 전기장을 재구성하기 위한 수치적 통합이 필요 없이 절대적인 필드 측정이 얻어진다.
강렬한 레이저-물질 상호작용에서 발생하는 강력한 전자기 펄스의 전기 광학 측정은 나노초 및 피코초(서브 페타와트) 레이저 펄스 드라이버 체제 모두에서 시연되었다.
증진된 투과 및 유지(Enhanced permeability and retention effect, EPR) 효과는 특정 크기(일반적으로 리포솜, 나노입자, 거대분자 약물)의 분자가 정상 조직보다 종양 조직에 훨씬 더 많이 축적되는 논란의 여지가 있는 개념이다. 이 현상에 대한 일반적인 설명은 종양 세포가 빠르게 성장하기 위해 혈관 생성을 자극해야 한다는 것이다. VEGF 및 기타 성장 인자는 암 혈관신생에 관여한다. 150~200 μm 정도의 작은 종양 세포 집합체는 영양분 및 산소 공급을 위해 신생 혈관에 의한 혈액 공급에 의존하기 시작한다. 이러한 새로 형성된 종양 혈관은 일반적으로 형태와 구조가 비정상적이다. 넓은 구멍을 가진 제대로 정렬되지 않은 결함 있는 내피 세포로, 민무늬근육 층이 없거나, 더 넓은 내강을 가진 신경 분포가 없으며, 안지오텐신 II에 대한 기능적 수용체가 손상되어 있다. 게다가, 종양 조직은 일반적으로 효과적인 림프계 배액이 부족하다. 이러한 모든 요인들은 비정상적인 분자 및 유체 수송 역학을 야기하며, 특히 거대분자 약물의 경우 더욱 그렇다. 이 현상은 고형 종양에서 거대분자 및 지질의 "증진된 투과 및 유지(EPR) 효과"라고 불린다. EPR 효과는 고형 종양 조직에서 거대분자의 혈관외 유출 증가에 관여하는 많은 병태생리학적 요인에 의해 더욱 증진된다. 예를 들어, 브라디키닌, 일산화 질소 / 페록시나이트라이트, 프로스타글란딘, 혈관 투과성 인자 (혈관 내피 성장 인자 VEGF로도 알려짐), 종양괴사인자 알파 등이 있다. 유지율 증가로 이어지는 한 가지 요인은 정상적인 조건에서 이러한 입자를 걸러낼 종양 주변의 림프관 부족이다.
EPR 효과는 일반적으로 암 조직으로의 나노입자 및 리포솜 전달을 설명하는 데 사용된다. 많은 예 중 하나는 금 나노입자를 사용한 열 융삭에 관한 연구이다. 할라스, 웨스트 및 동료들은 암 치료에서 방사선 및 화학요법의 가능한 보완책을 제시했는데, 나노입자가 암 부위에 도달하면 피부를 투과하는 근적외선 레이저에 반응하여 가열될 수 있다(광열 효과). 이 치료법은 화학요법제 또는 다른 암 치료법과 병행할 때 가장 효과적인 것으로 나타났다. EPR 효과가 나노입자를 운반하고 암 조직 내에 퍼뜨리는 것으로 가정되었음에도 불구하고, 투여된 총 나노입자 용량 중 극히 일부(중앙값 0.7%)만이 일반적으로 고형 종양에 도달할 수 있다.
에팅스하우젠 효과(Ettingshausen effect) 또는 제2 네른스트-에팅스하우젠 효과(second Nernst–Ettingshausen effect)는 자기장이 있을 때 도체의 전류에 영향을 미치는 열전 (또는 열자기) 현상이다.
알베르트 폰 에팅스하우젠과 그의 박사 과정 학생인 발터 네른스트는 비스무트에서 홀 효과를 연구하던 중, 시료의 한쪽 면이 가열될 때 예상치 못한 수직 전류 흐름을 발견했다. 이는 네른스트 효과로 알려져 있다. 반대로, 전류(y축을 따라)와 수직 자기장(z축을 따라)을 인가하면 x축을 따라 온도 기울기가 나타난다. 이는 에팅스하우젠 효과로 알려져 있다. 홀 효과로 인해 전자는 인가된 전류에 수직으로 움직이게 된다. 시료의 한쪽에 전자가 축적되면 충돌 횟수가 증가하고 물질의 가열이 발생한다.
이 효과는 에팅스하우젠 계수 P로 정량화되며 다음과 같이 정의된다.
여기서 는 전류 밀도의 y성분 Jy ( 단위)와 자기장의 z성분 Bz로 인해 발생하는 온도 기울기이다.
구리, 은, 금과 같은 대부분의 금속에서 P는 정도이므로 일반적인 자기장에서는 관찰하기 어렵다. 비스무트에서는 낮은 열전도도 때문에 에팅스하우젠 계수가 로 몇 자릿수 더 크다.
핑크 효과(Fink effect)는 "확산 저산소증", "확산 저산소혈증",
또는 "제2 가스 효과"(second gas effect)라고도 알려져 있으며,
폐포 내의 pO2 (산소의 분압)에 영향을 미치는 요인이다. 아산화 질소와 같은 물에 용해되는 마취제 가스를 다량 흡입하면 인체 체액에 빠르게 용해될 수 있다. 이는 폐포 내 산소와 이산화 탄소의 농도와 압력을 일시적으로 증가시킨다.
이 효과는 1955년 논문에서 처음 설명한 버나드 레이먼드 핑크(1914–2000)의 이름을 따서 명명되었다.
환자가 아산화 질소 마취에서 회복될 때, 이 가스는 혈액에서 폐포로 다량 이동(농도 기울기에 따라)하므로 짧은 시간 동안 폐포 내 O2와 CO2는 이 가스에 의해 희석된다. 산소 분압의 충분한 감소는 저산소증을 유발하며, 특히 환자가 과소환기하면 (이는 발생하는 아산화 질소가 매 호흡마다 폐포 산소를 희석할 더 많은 시간을 허용한다) 더욱 그렇다.
그럼에도 불구하고 이 효과는 몇 분 동안만 지속되며, 아산화 질소 투여에서 회복할 때 흡기 산소 농도를 높이면 저산소혈증을 피할 수 있다.
이러한 이유로 아산화 질소와 산소의 50:50 가스 혼합물인 엔토녹스는 구급대원과 같은 준의료 인력이 사용하기에 적합하다. 이는 통증 완화를 위한 충분한 아산화 질소와 저산소증을 피하기 위한 충분한 산소를 제공한다.
프란츠-켈디시 효과(Franz–Keldysh effect)는 반도체에 전기장을 가할 때 광학적 흡수가 변하는 현상이다. 이 효과는 독일의 물리학자 발터 프란츠와 러시아의 물리학자 레오니트 켈디시의 이름을 따서 명명되었다.
카를 W. 뵈어(Karl W. Böer)는 고전장 영역 발견 과정에서 전기장에 따른 광학적 흡수 에지의 이동을 처음 관찰했으며 이를 프란츠 효과라고 명명했다. 몇 달 후 켈디시의 논문 영문 번역본이 나오자 그는 이를 프란츠-켈디시 효과로 수정했다.
원래 개념으로 볼 때, 프란츠-켈디시 효과는 파동 함수가 밴드갭으로 "누출"되는 결과이다. 전기장이 가해지면 전자와 양공 파동 함수는 평면파가 아니라 에어리 함수가 된다. 에어리 함수는 고전적으로 금지된 밴드갭으로 확장되는 "꼬리"를 포함한다. 페르미 황금률에 따르면, 자유 전자와 양공의 파동 함수가 더 많이 겹칠수록 광학적 흡수는 더 강해진다. 에어리 꼬리는 전자와 양공이 약간 다른 전위(전기장을 따라 약간 다른 물리적 위치)에 있더라도 약간 겹친다. 이제 흡수 스펙트럼은 밴드갭 아래 에너지에서 꼬리를 포함하고 그 위에서는 일부 진동을 포함한다. 그러나 이 설명은 밴드갭 근처의 광학적 특성을 지배할 수 있는 엑시톤의 효과를 생략한다.
프란츠-켈디시 효과는 양자 우물을 필요로 하는 양자 구속 슈타르크 효과와 달리 균일한 벌크 반도체에서 발생한다. 둘 다 전기흡수 변조기에 사용된다. 프란츠-켈디시 효과는 일반적으로 수백 볼트를 필요로 하여 기존 전자 장치와의 유용성을 제한하지만, 광학 캐리어를 유도하기 위해 도파관 형상을 사용하는 상용 프란츠-켈디시 효과 전기흡수 변조기에는 해당되지 않는다.
변조 분광학에 미치는 영향.
흡수 계수는 유전 상수 (특히 복소수 부분 formula_12)와 관련이 있다. 맥스웰 방정식으로부터 다음과 같은 관계를 쉽게 찾을 수 있다.
n0와 k0는 재료의 굴절률의 실수부와 복소수부이다.
여기서는 완전 결정에서 입사광에 의해 유도되는 원자가띠에서 전도띠로의 전자의 직접 전이를 고려하고, 전자-광자, 전자-양공, 외부장과 같은 상호작용이 있을 때 각 해밀토니안에 대한 흡수 계수의 변화를 고려한다. 이러한 접근 방식은 다음으로부터 따른다. 우리는 프란츠-켈디시 효과 및 3차 미분 변조 분광학의 이론적 배경에 첫 번째 목적을 둔다.
전자기장 내 하나의 전자 해밀토니안.
여기서 A는 벡터 퍼텐셜이고 V(r)은 주기적 퍼텐셜이다.
formula_5 항을 무시하고 쿨롱 게이지 formula_6에서 formula_7 관계를 사용하면,
그런 다음 블로흐 함수 formula_9 (j = v, c는 각각 원자가띠, 전도띠를 의미)를 사용하면,
전이 확률은 다음과 같이 얻어진다.
단위 시간 및 단위 부피당 전자기파의 전력 소산은 다음 방정식을 유발한다.
전기장과 벡터 포텐셜 사이의 관계 formula_14로부터 formula_15로 놓을 수 있다.
그리고 마침내 유전 상수의 허수 부분과 흡수 계수를 얻을 수 있다.
2체(전자-양공) 전자기장 해밀토니안.
원자가띠(파수 벡터 k)의 전자가 광자 흡수에 의해 전도띠(띠의 파수 벡터는 formula_17)로 여기되고, 원자가띠에는 양공(양공의 파수 벡터는 formula_18)이 남는다. 이 경우, 전자-양공 상호작용(formula_19)을 포함한다.
직접 전이를 고려하면, formula_20는 거의 동일하다. 그러나 광자 흡수로 인한 운동량의 미세한 차이를 무시하지 않고, 속박 상태인 전자-양공 쌍이 매우 약하며, 유효 질량 근사가 처리에 유효하다고 가정한다. 그러면 다음 절차를 만들 수 있다: 전자와 양공의 파동 함수와 파수 벡터
formula_21 (i, j는 밴드 인덱스이고, re, rh, ke, kh는 각각 전자와 양공의 좌표와 파수 벡터이다)
그리고 질량 중심 운동량 Q를 다음과 같이 취할 수 있다.
그리고 해밀토니안을 정의한다.
그 다음, 전자와 양공의 블로흐 함수는 위상 항 formula_24로 구성될 수 있다.
V가 적분 거리에서 천천히 변한다면, 해당 항은 다음과 같이 처리될 수 있다.
여기서 우리는 전도대와 원자가띠가 스칼라 질량을 가진 포물선형이며, 원자가띠의 최상단에서 formula_26이라고 가정한다. 즉,
formula_27 (formula_28는 에너지 갭이다)
이제 Eq.()에 들어가는 formula_29의 푸리에 변환은 엑시톤에 대한 유효 질량 방정식을 다음과 같이 쓸 수 있다.
그러면 방정식의 해는 다음과 같이 주어진다.
formula_34은 엑시톤의 엔벨로프 함수라고 불린다. 엑시톤의 바닥 상태는 수소 원자와 유사하게 주어진다.
그 다음, 유전 함수는 다음과 같다.
자세한 계산은 다음을 참조한다.
프란츠-켈디시 효과.
프란츠-켈디시 효과는 원자가띠의 전자가 밴드갭보다 낮은 에너지를 가진 광자를 흡수하여 전도띠로 여기될 수 있음을 의미한다. 이제 우리는 외부장이 결정에 가해졌을 때 전자 양공 쌍의 상대 운동에 대한 유효 질량 방정식을 고려하고 있다. 그러나 우리는 전자-양공 쌍의 상호 퍼텐셜을 해밀토니안에 포함시키지 않을 것이다.
쿨롱 상호작용을 무시하면, 유효 질량 방정식은 다음과 같다.
그리고 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있다.
formula_36(여기서 formula_37는 환산 유효 질량 텐서의 주축 방향 값이다)
변수 변환을 사용하면:
그러면 해는 다음과 같다.
여기서 formula_40
예를 들어, formula_41인 경우 해는 다음과 같이 주어진다.
이 표현식을 Eq.()에 대입하고, λ에 대한 합을 formula_43로 변경하면 유전 상수를 얻을 수 있다.
formula_44에 대한 적분은 2D 밴드에 대한 결합 상태 밀도로 주어진다. (결합 상태 밀도는 전자와 양공의 상태 밀도가 동시에 있다는 의미이다.)
여기서 formula_46
이제 formula_48를 대입한다.
그리고 formula_49, 즉 formula_50인 경우를 이 한계에서 에어리 함수의 점근해를 사용하여 고려한다.
최종적으로, formula_51
따라서 밴드갭 아래의 광자 에너지에 대한 유전 함수가 존재한다! 이 결과는 입사 광자에 대한 흡수가 발생함을 나타낸다.
입체형태 이성질현상 연구에서 고슈 효과(Gauche effect)는 고슈 입체형태 (그룹이 약 60°의 비틀림 각으로 분리됨)가 안티 입체형태 (180°)보다 더 안정적인 비정상적인 상황을 말한다.
입체형태 이성질체들의 상대적 안정성에 영향을 미치는 입체 효과와 전자 효과가 모두 존재한다. 일반적으로 입체 효과가 우세하여 큰 치환기들을 서로 멀리 떨어뜨린다. 그러나 특정 치환기, 특히 전기음성도가 높은 치환기의 경우에는 그렇지 않다. 대신, 이러한 그룹들은 고슈 위치에 있는 전자적 선호도를 갖는다. 일반적으로 연구되는 예로는 1,2-다이플루오로에테인 (H2FCCFH2), 에틸렌 글라이콜, 및 인접-다이플루오로알킬 구조가 포함된다.
고슈 효과에 대한 두 가지 주요 설명은 초공액과 굽은 결합이다. 초공액 모델에서, C−H σ 결합 궤도에서 C−F σ* 반결합 궤도로의 전자 밀도 기여는 고슈 이성질체에서 안정화의 원천으로 간주된다. 플루오린의 더 큰 전기음성도 때문에 C−H σ 궤도는 C−F σ 궤도보다 더 나은 전자 주개이며, C−F σ* 궤도는 C−H σ* 궤도보다 더 나은 전자 받개이다. 고슈 입체형태만이 더 나은 주개와 더 나은 받개 사이의 좋은 겹침을 허용한다.
다이플루오로에테인의 고슈 효과에 대한 굽은 결합 설명의 핵심은 플루오린의 큰 전기음성도로 인해 두 C−F 결합 모두의 p 궤도 특성이 증가한다는 것이다. 결과적으로, 중심 C−C 결합의 왼쪽과 오른쪽 위아래에 전자 밀도가 축적된다. 그 결과 궤도 겹침행렬이 감소하는데, 이는 고슈 입체형태를 취하여 굽은 결합을 형성할 때 부분적으로 보상될 수 있다. 이 두 모델 중에서 초공액은 일반적으로 다이플루오로에테인의 고슈 효과의 주요 원인으로 간주된다.
두 회전 이성질체의 분자기하는 계산기내 작업으로 보강된 고분해능 적외선 분광법으로 실험적으로 얻을 수 있다. 위에 설명된 모델에 따라 탄소-탄소 결합 길이는 안티 회전 이성질체가 더 길다 (151.4 pm 대 150 pm). 고슈 회전 이성질체에서 플루오린 원자들 사이의 입체 반발은 CCF 결합각 증가 (3.2° 증가)와 FCCF 이면각 증가 (기본 60°에서 71°로 증가)를 야기한다.
관련 화합물인 1,2-다이플루오로-1,2-다이페닐에테인에서, 트레오 이성질체는 ( 엑스선 회절과 NMR 결합 상수에 의해) 두 페닐 그룹과 두 플루오린 그룹 사이에 안티 입체형태를 가지며, 에리트로 이성질체의 경우 두 그룹 모두 고슈 입체형태를 갖는 것으로 밝혀졌다. 계산기내 결과에 따르면, 이 입체형태는 0.21 kcal/mol (880 J/mol) 더 안정적이다.
고슈 효과는 연속적인 네 개의 플루오로 치환기를 모두 신 배열로 특징짓는 분자에서도 보고되었다. 네 번째 플루오로 치환기를 도입하는 반응은 입체선택성:
고슈 효과는 1,2-다이메톡시에테인 및 일부 인접-다이나이트로알킬 화합물에서도 나타난다.
알켄 시스 효과는 특정 알켄의 유사한 비정상적인 안정화이다.
고슈 효과는 두 입체형태 간의 큰 극성 차이로 인해 용매 효과에 매우 민감하다. 예를 들어, 고체 상태에서는 고슈 입체형태로만 존재하는 2,3-다이나이트로-2,3-다이메틸뷰테인은 벤젠 용액에서는 79:21의 비율로 고슈 입체형태를 선호하지만, 사염화 탄소에서는 58:42의 비율로 안티 입체형태를 선호한다. 또 다른 경우는 트랜스-1,2 다이플루오로사이클로헥세인으로, 극성 용매에서 안티-다이아시알 입체형태보다 다이-이쿼토리얼 입체형태에 대한 선호도가 더 크다.