Физические основы современных методов исследования реальной структуры кристаллов
Программу составил профессор, д.ф.-м.н. Э.В.Суворов
Аннотация
Курс посвящен методам исследования структуры свойств и состава конденсированных систем. Наряду с традиционными вопросами дифракционных методов исследования структуры материалов рассматриваются вопросы, связанные с электронной микроскопией высокого разрешения (формирование изображения и методы его численного моделирования на ЭВМ), растровой микроскопией (взаимодействие электронного пучка с веществом, механизмы потерь энергии электронов в веществе, источники сигналов для формирования изображения, механизмы формирования изображения), локальным рентгеноспектральным анализом (методы регистрации рентгеновского спектра, количественный анализ состава). Курс включает в себя лабораторные работы, в том числе проводимые на самом современном оборудовании.
ПРОГРАММА КУРСА
1 Дифракционные методы исследования реальной структуры материалов, Bведeние. Основные положения кинематического приближения теории рассеяния. Интерференционная функция Лауэ. Обратная решетка. Геометрическая интерпретация условии дифракции. Структурная амплитуда.
2 Рассеяние в неупорядоченных системах. Рассеяние на случайных скоплениях атомов. Атомный фактор рассеяния. Влияние температуры Рассеяние молекулами разреженного газа.
3 Уравнение Дебая. Радиальная функция межатомных расстояний. Рассеяние системами о непрерывным распределением межатомных расстояния. Основные положения динамического приближения теории рассеяния.
4 Волновое поле в идеальном кристалле. Двухволновое приближение в совершенном кристалле. Важнейшие следствия динамической теории рассеяния.
5 Волновое поле в кристалле с искажениями. Моделирование на ЭВМ дифракционного изображения дефектов.
6 Рентгеновская дифракционная микроскопия. Введение. Методы рентгеновской топографии. Основные характеристики методов. Классификация типов контраста.
7 Примеры применения топографических методов. .Рентгеновский дифракционный контраст дефектов. Природа дифракционного изображения дислокации.
8 Дифракционный контраст, формируемый в дальнем поле дислокации. Фазово-экстинкционный контраст. Роль амплитудных эффектов в образовании дифракционного изображения дислокаций.
9 Механизмы формированы изображения ближнего поля дислокаций. Прямое изображение дислокаций - фокальное пятно дислокационной линзы. Эффекты каналирования и внутреннего отражения блоховских волн в изображении дислокации. Природа теневого изображения дислокации в условиях аномального прохождения рентгеновских лучей.
10 Электронная микроскопия высокого разрешения. Основные характеристики оптических систем. Основы оптической микроскопии. Типы контраста (амплитудный и фазовый контраст).
11 Формирование изображения в оптической системе. Микроскоп как дифракционный прибор. Подход Аббе. Передаточная функция оптической системы.
12 Анализ аберраций в электронном микроскопе. "Тонкий" фазовый объект в электронной микроскопии. Анализ передаточной функции электронного микроскопа. Метод оптического дифрактометра для экспериментального исследования передаточной функции.
13 Методы численного моделирования изображения высокого разрешения на ЭВМ. Примеры использования методов электронной микроскопии высокого разрешения.
14 Основы растровой электронной микроскопии (РЭМ). Устройство и принцип работы РЭМ. Формирование электронного зонда. Детекторы сигналов в РЭМ.
15 Взаимодействие электронного пучка с веществом. Основные механизмы потерь энергии электронов в веществе (упругие и неупругие потери).
16 Основные источники сигналов, используемых для формирования изображения в РЭМ (отраженные электроны, вторичные электроны, рентгеновское излучение, оже-электроны, катодолюминесценция, наведенный ток) Область взаимодействия электронов зонда с веществом мишени.
17 Формирование контраста в РЭМ. Основные механизмы формирования изображения в РЭМ. Методы обработки видеосигнала в РЭМ.
18 Рентгеновский микроанализ. Методы регистрации рентгеновского спектра. Основные поправки, вводимые в количественном анализе. Примеры использования методов РЭМ.
19. Методы исследования поверхности. Дифракция медленных электронов. Оже-спектроскопия. Вторично-ионная масс-спектроскопия. Основы сверхвысокого вакуума.
20. Основы туннельной микроскопии. Системы перемещения зонда. Обработка сигнала. Атомно-силовая микроскопия. Области применения.
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Дж.Каули, Физика дифракции, Москва, Мир, 1976,с.432
2. Р.Джеймс, Оптические принципы дифракции рентгеновских лучей, Москва, ИЛ, 1950,с.572
3. В.И.Иверонова, Г.П.Ревкевич, Теория рассеяния рентгеновских лучей, Москва, МГУ, 1978,с.278
4. Дифракционные и микроскопические методы в материаловедении, Сборник под. ред. С. Амелинкса, Москва, Металлургия, 1984,с.502
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Г.С.Жданов Основы рентгеноструктурного анализа, Москва, Гостехиздат, 1940, с. 446
2. А.М.Гинье Рентгенография кристаллов, Москва, Физматгиз, 1961,с.604
3. Кривоглаз М.А. Дифракция рентгеновских лучей и нейтронов в неидеальных кристаллах, Наукова думка,Клев,1983,407с.
4. Уманский Я.С., Рентгенография мегалитов, Москва. Металлургия, 1967, с.236
5. С.Амелинкс Методы прямого наблюдения дислокаций, Москва, Мир, 1968
6. Дж.Гудмен Введение в Фурье-оптику, Москва, Мир,1970,с.364
7. Р.Хейденрайх Основы просвечивающей электронной микроскопии, Москва, Мир, 1966,с.472
8. Г.Пейн Физика колебаний и волн, Москва,Мир,1979,с.390
9. Дж.Спенс Экспериментальная электронная микроскопия высокого разрешения, Москва, Наука, 1986,с.320
10. J.I.Goldstein, D.E.Newbury, P.Echlin, D.C.Joy, C.Fiori, E.Lifshin Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis New York: Plenum Press, 1981
11. I.M.Watt The Principles and Practice of Electron Microscopy Cambridge University Press, Cambridge, 1985
