#40 해설
2026년 LEET 추리논증
문제 번호 선택
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<실험>에 대한 평가로 적절한 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?
SrTiO₃와 LaAlO₃의 두 고체 물질은 아보가드로수만큼 많은 원자로 구성되며, 각 물질에서 개별 원소 비율은 위 화학식처럼 표현된다.
두 물질은 모두 부도체이지만, 놀랍게도 이 둘을 접합시키면 그 계면에서 높은 전기전도도가 나타난다.
두 물질 사이 계면의 전도성을 이해하기 위해서는 SrTiO₃에서 Ti의 전자구조를 살펴볼 필요가 있다.
Ti 원자는 SrTiO₃에서 이온화되어 Ti⁴⁺ 전자가 상태가 되지만, SrTiO₃의 구성 원소 비율이 변하거나 구성 원소의 일부가 다른 원소로 치환됨에 따라 이보다 낮은 전자가 상태인 Ti³⁺가 될 수 있다.
Ti⁴⁺ 전자가 상태에서 Ti 이온의 모든 전자는 강하게 구속되어 자유전자를 내놓기가 어렵다.
하지만 Ti 이온들 중 일부라도 Ti³⁺ 전자가 상태가 되면, Ti 이온당 전자 하나의 구속이 약해지고 자유전자가 유도되어 물질의 전도성이 발현된다.
한편 SrTiO₃와 LaAlO₃ 등의 물질들은 거시적인 상태에서 전하중성 조건을 만족한다.
즉, 물질에서 모든 이온의 전자가를 더하면 0이다.
또 위의 물질을 구성하는 원소 중에서 Ti만 전자가 상태가 변할 수 있고, Sr은 Sr²⁺, O는 O²⁻, La는 La³⁺, Al은 Al³⁺의 전자가 상태만을 갖는다고 하자. 그러면 H₂O가 H₂⁺O²⁻로 2×(+1)+(−2)=0이듯이, SrTiO₃는 Sr²⁺Ti⁴⁺O₃²⁻로 2+4+3×(−2)=0이 되어 전하중성 조건을 만족한다.
<실험>
SrTiO₃와 LaAlO₃의 계면에서 전도성이 발현하는 이유를 확인하기 위해 계면 근처의 SrTiO₃ 부분을 투과전자현미경으로 조사하였다.
이를 바탕으로 계면 근처에서 Ti³⁺ 전자가 상태가 유도되었다는 ㉠ 가설을 수립하였다.
<보 기>
ㄱ. 일부 Sr이 La으로 치환된 Sr₁₋ₓLaₓTiO₃가 관찰된다면 ㉠이 강화된다.
ㄴ. 일부 Ti이 Al으로 치환된 SrTi₁₋ₓAlₓO₃가 관찰된다면 ㉠이 강화된다.
ㄷ. 일부 O가 결핍된 SrTiO₃₋ₓ가 관찰된다면 ㉠이 강화된다.
※ 단, 0 < x < 0.1이다.
① ㄴ ② ㄷ ③ ㄱ, ㄴ
④ ㄱ, ㄷ ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ
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