같은 요청, 다른 사양
MoOₓ 박막의 XPS 스펙트럼에서 Mo의 화학 상태 비율을 구한다. 같은 데이터에 같은 요청을 두 번 한다 — 두 번째만 구속조건을 붙여서.
두 답이 다르게 나온다. 그리고 적합도는 첫 번째가 더 좋다. 왜 그런지, 어느 쪽이 맞는지가 오늘의 일이다.
실습 03·04에서는 결과를 받은 뒤에 따졌다. 이번 실습은 요청하는 시점에 무엇을 고정해야 하는지를 배운다.
전체 흐름
오늘 할 일
금 포일
접지된 금속이라 대전이 없다. 결합에너지 축이 맞는지 확인하는 기준이 된다.
data/standard/Au_4f.txt 에서 Au 4f 짝피크를 분석해줘. data/standard/인증값.md 에 정답이 적혀 있다. results/표준검증.md 에 아래 표를 남겨줘. | 항목 | 인증값 | 내 결과 | 차이 | 허용범위 | 통과 | 허용범위를 벗어나면 본 시료로 넘어가지 마.
- 4f7/2 위치가 83.96 ± 0.10 eV
- 4f5/2 위치가 87.63 ± 0.10 eV
- 두 봉우리 간격이 3.67 ± 0.05 eV
- 면적비가 4 : 3 (= 1.333) ± 5 %
4번이 이번 실습의 예고편이다. 위치만 맞고 면적비가 틀리면 통과가 아니다.
금에서 4 : 3이 나오는 것을 직접 보고 간다. 이건 측정으로 정해진 값이 아니라
물리가 정한 고정값이다. 참조표.md에 있다.
금은 접지되어 대전이 없다. 본 시료는 절연체다. 관문을 통과해도 본 시료의 문제는 남는다.
구속 없이 시켜본다
일부러 아무것도 고정하지 않고 시킨다.
data/spectra/ 의 S1~S4 Mo 3d 스펙트럼에서 Mo 의 화학 상태 비율을 구해줘. data/참조표.md 의 값만 써서 귀속해줘. 결과는 results/ 에 저장하고, AGENTS.md에 적힌 대로 results/계산근거.md 도 남겨줘.
표가 나왔을 것이다. 적합도(χ² 나 R²)도 꽤 좋게 나왔을 것이다.
어떻게 했어?
결과를 따지기 전에 방법부터 듣는다. 여기서 나온 답이 다음 단계의 사양서가 된다.
방금 그 결과를 어떻게 냈는지 단계별로 알려줘. - 봉우리를 몇 개 놓았어? 각각 무엇으로 귀속했어? - 각 봉우리의 위치·폭·세기 중 무엇을 자유롭게 두고, 무엇을 고정했어? - 배경은 어떻게 뺐어? - 전하 보정을 했어? 했다면 무엇을 기준으로? 각 단계마다 왜 그렇게 했는지도 한 줄씩 적어줘.
각 봉우리의 위치, 면적, FWHM 을 표로 보여줘. 그리고 3d5/2 계열과 3d3/2 계열의 면적비가 얼마인지 계산해줘.
| 확인할 것 | 물리가 정한 값 | 어긋나면 |
|---|---|---|
| 3d5/2 : 3d3/2 면적비 | 3 : 2 = 1.50 | 있을 수 없는 해다 |
| 면적이 음수인 성분 | 없어야 함 | 존재할 수 없다 |
| 같은 원소인데 FWHM이 제각각 | 비슷해야 함 | 물리적 근거가 없다 |
적합도가 아무리 좋아도 그 답은 틀렸다. 프로그램은 물리적으로 불가능한 해도 잘 맞다고 내놓는다.
보정 후 결합에너지가 data/참조표.md 의 어느 값과 맞는지 대조해줘.
새 화학 상태를 발견한 게 아니다.
데이터설명.md의 「절연체는 대전된다」 항목을 읽는다.
구속 5개를 넣고 2라운드
03에서 무엇이 자유로웠는지 알게 됐다. 그걸 고정한다.
같은 분석을 다시 해줘. 이번에는 아래 구속을 전부 걸고.
[물리가 정한 것 — 협상 불가]
1. Mo 3d5/2 : 3d3/2 면적비 = 3 : 2 로 고정
2. 두 성분의 간격 Δ = 3.15 eV 로 고정
3. 같은 화학 상태의 5/2 와 3/2 는 FWHM 을 같게
[모델 선택 — 무엇을 골랐는지 밝힌다]
4. 배경은 Shirley 로 제거.
(비탄성 배경이 있다는 것은 물리지만, Shirley 는 그 배경을 그리는
여러 모델 중 하나다. Tougaard 도 직선도 쓰인다.)
[관례 — 값을 밝히고 쓴다]
5. 부착 탄소 C 1s (C-C) 를 284.8 eV 로 두고 전체를 이동.
시료마다 C 1s 를 따로 재서 시료별로 이동량을 구할 것.
그리고 아래를 지켜줘.
- 봉우리는 data/참조표.md 에 있는 화학 상태만 놓는다.
- 면적은 음수가 될 수 없다.
- 결과와 함께 χ² 를 1라운드와 나란히 보여준다.
| 구속 | 자격 | |
|---|---|---|
| 1 | 3d5/2 : 3d3/2 = 3 : 2 | 물리. 축퇴도에서 나오는 고정값 |
| 2 | Δ = 3.15 eV | 물리. 원자의 성질이다 |
| 3 | 같은 화학종은 FWHM 동일 | 물리. 같은 준위, 같은 수명 |
| 4 | 배경은 Shirley | 모델 선택. Tougaard도, 직선도 쓴다 |
| 5 | C 1s (C–C) = 284.8 eV | 관례. 284.6도 285.0도 쓴다 |
1~3은 바꿀 수 없다. 4와 5는 고른 것이다. 고른 것은 흔들어 봐야 한다.
4번(배경)을 아래 세 가지로 각각 바꿔서 다시 계산해줘. (a) Shirley (b) 직선 (c) 아예 빼지 않음 그리고 5번(C 1s 기준값)을 284.6 / 284.8 / 285.0 으로 각각 바꿔서 다시 계산해줘. 각각에 대해 Mo⁴⁺ 분율과 보정 후 결합에너지를 표로 보여줘.
둘 중 어느 쪽이 답을 더 많이 움직이는가?
금 포일은 배경이 거의 평평하다. 배경을 어떻게 빼든 관문은 통과한다 — 위치도 면적비도 그대로 나온다.
그런데 본 시료의 Mo 3d는 봉우리 밑에 비탄성 배경이 두껍게 깔려 있다. 배경 방식 하나로 Mo⁴⁺ 분율이 몇 %p씩 움직이고, 소수 화학종은 통째로 사라지기도 한다.
관문을 통과했다고 안전한 게 아니다. 관문이 검사해 준 것과 검사해 주지 못한 것을 갈라서 적어야 한다.
χ²는 나빠지는데 답은 옳아진다
두 라운드를 나란히 놓는다.
1라운드와 2라운드를 한 표로 비교해줘. | 시료 | 1R χ² | 2R χ² | 1R 면적비 | 2R 면적비 | 1R Mo⁴⁺ | 2R Mo⁴⁺ |
χ²가 2라운드에서 더 나빠졌을 것이다. 파라미터를 12개에서 6개로 줄였으니 당연하다.
그런데 답은 2라운드가 맞다. 결합에너지가 참조표와 일치하고, 면적비가 3:2이고, 음수 면적이 없다.
적합도가 좋다 ≠ 답이 맞다.
자유도를 늘리면 무엇이든 잘 맞는다. 잘 맞는 것과 옳은 것은 다른 문제다.
손으로 확인한다
에이전트 없이 한 번은 직접 본다. 유일하게 반드시 진짜여야 하는 숫자다.
S4_C1s.txt를 그래프로만 그리게 한다
계산은 시키지 않는다. 그림만 받는다.
가장 큰 봉우리의 위치를 눈금으로 읽는다
참조표.md의 C–C 값(284.8)과의 차이를 손으로 뺀다
그 값을 손으로 적고 사진을 찍어 제출한다. 에이전트가 구한 이동량과 같은가?
제출
results/ 폴더 전체를 압축해서 낸다.
결론: [숫자] [단위] 불확실성: [값] — 노이즈에서 온 것인지 절차 선택에서 온 것인지 밝힐 것 적용 범위: 이 방법의 가정이 이 시료에서 성립하는가. 확인한 근거는?
“S4의 Mo⁴⁺ 분율 = 45~55 %” 처럼 쓴다. XPS 피크 분해는 유일한 답이 없다. 단일 값으로 쓰면 안 된다.
셋째 줄에는 이런 것이 들어간다 — “XPS는 표면 10 nm만 본다. 이 값은 박막 전체의 조성이 아니다.”
| # | 채울 것 |
|---|---|
| ① | 에이전트가 낸 주장 (1라운드 결과) |
| ② | 내가 시킨 검증 |
| ③ | 결과 |
| ④ | 남은 의심 |
| ⑤ | 손 앵커 — 눈금으로 읽은 C 1s 이동량 (손글씨 + 사진) |
| ⑥ | 에이전트에게 맡기면 안 되는 단계 1개 + 이유 2줄 |
| ⑦ | 최종 결론 = ______ ~ ______ (근거: ______) |
구속 5개 중 하나는 물리가 아니라 관례였다. 그 값을 정한 것은 누구인가?
막혔을 때
| 증상 | 해볼 것 |
|---|---|
| 관문에서 면적비가 4:3이 아니다 | 짝피크를 묶지 않았다. 간격을 3.67로 고정하게 한다 |
| 결합에너지가 참조표와 안 맞는다 | 정상이다. 대전 때문이다. C 1s를 본다 |
| 1라운드에서 면적이 음수 | 정상이다. 그게 오늘의 발견이다 |
| 배경 방식을 바꿨더니 분율이 크게 변한다 | 정상이다. 그게 04의 발견이다. 범위로 보고한다 |
| 배경을 안 뺐는데 관문은 통과한다 | 정상이다. 금은 배경이 평평하다 |
| 2라운드 χ²가 더 나쁘다 | 정상이다. 그게 오늘의 결론이다 |
| 참조표에 없는 상태를 귀속한다 | AGENTS.md의 「귀속은 참조표 안에서만」을 다시 읽힌다 |
| 그림의 한글이 네모(□□□) | 그래프 한글 폰트를 Malgun Gothic으로 지정해줘 |
| 에이전트가 “맞습니다”만 한다 | 질문이 잘못됐다. “맞아?” 대신 “바꾸면?”으로 |
잘 맞는 것과 옳은 것은 다른 문제다.
구속을 걸지 않으면 프로그램은 음수 면적도, 물리적으로 불가능한 면적비도 아무렇지 않게 내놓는다. 그러고는 χ²가 좋다고 말한다. 구속을 건다는 것은 이미 아는 물리를 코드에 미리 박아 넣는 일이고, 그건 사람만 할 수 있다.
인공지능재료공학 · 실습 05 · 신소재공학부
데이터: 교육용으로 합성한 XPS 스펙트럼 — 실제 측정이 아니다