전이 금속(TΜ) 활성화 이온은 근적외선 발광, 적외선 레이저, 형광 전환 화이트 LED, 형광 온도계, 잔광 발광 등 분야에서 우수한 성능과 응용 가능성으로 널리 연구되고 있다. TM 이온은 고체 내에서 8배위, 6배위, 4배위 등 다양한 배위 위치를 차지할 수 있으며, 여러 가지 산화 상태를 나타내고 광학 전이 특성은 결정 환경에 크게 의존한다. 따라서 고체 내 TM 이온의 발광 중심 결정, 발광 메커니즘 이해 및 성능 예측에는 어려움이 있다. 본 논문은 제1원리 계산을 통해 고체 내 TM 이온의 열역학적 및 광학 전이 특성을 탐구한다. 내용은 다음과 같다: 다양한 화학 환경에서 형성 에너지 계산 결과를 통해 기질의 고유 결함 및 TM 이온의 위치, 산화 상태, 분포 및 농도 분석; 다양한 결정 환경에서 TM 이온의 각 여기 상태 및 에너지 준위 구조 이해; 위치 좌표도 작성으로 여기, 이완, 발광 및 소광 과정 분석; 합성 분위기, 공존 조건 및 이온 공도핑을 통해 TM 이온의 위치, 산화 상태 및 광학 전이를 조절하거나 최적화하는 방안 제시. 본 논문은 몇 가지 대표적인 체계를 기반으로 제1원리 계산 방법을 이용하여 TM 이온 도핑 고체 발광 재료 연구 방법을 보여준다. 구체적인 대표 체계 및 연구 내용은 다음과 같다: Ti∶Al₂O₃ 레이저 결정에서 적외선 잔류 흡수 메커니즘 및 이를 감소하거나 최대한 제거하는 방법, 전형적인 스피넬 및 석류석 기질에서 Mn²⁺, Mn³⁺, Mn⁴⁺의 위치 및 여기, 이완, 발광 등의 광학 전이 특성, 고용 산화물 기질에서 크롬 이온의 위치, 산화 상태 및 해당 광학 전이 특성 등으로, 제1원리 계산이 발광 재료의 메커니즘 연구, 합리적 설계 및 최적화에 활용될 수 있음을 시사한다.

전이 금속 이온;광학 전이;제1원리 계산