Суворов Э.В. Физические основы экспериментальных методов исследования реальной структуры кристаллов

Учебное пособие. — Черноголовка: Институт физики твердого тела РАН, 2021. — 209 с.Утверждено Ученым советом Института физики твердого тела РАН. Рекомендовано студентам высших учебных заведений, аспирантам, обучающимся по направлениям: «Физика конденсированного состояния», «Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов». Может полезным при подготовке студентов и аспирантов других специальностей с частично совпадающей программой обучения.
Данная книга является дополненным и переработанным ранее опубликованного для студентов МГУ и МИСиС издания, и может быть использована в качестве учебного пособия для студентов, магистрантов, аспирантов, а также инженерно-технических работников, изучающих и применяющих в работе методы исследования реальной структуры кристаллов. В книге содержатся задачи и упражнения по изложенному курсу.
Автор надеется, что предлагаемая книга окажется полезным пособием для специалистов физиков-экспериментаторов, использующих в своей работе разнообразные методы исследования дефектов в кристаллах.Предисловие.
Введение в физику дифракции.
Введение.
Основные положения кинематического приближения теории рассеяния.
Интерференционная функция Лауэ.
Обратная решетка. Геометрическая интерпретация условий дифракции.
Структурная амплитуда.
Рассеяние в неупорядоченных системах.
Рассеяние на случайных скоплениях атомов.
Атомный фактор рассеяния.
Влияние температуры.
Рассеяние на молекулах разреженного газа. Уравнение Дебая.
Радиальная функция межатомных расстояний.
Рассеяние системами с непрерывным распределением межатомных расстояний.
Основные положения динамического приближения теории рассеяния.
Волновое поле в идеальном кристалле.
Двухволновое приближение в совершенном кристалле.
Важнейшие следствия динамической теории рассеяния.
Волновое поле в кристалле с искажениями. Моделирование на ЭВМ дифракционного изображения дефектов.
Приложение.
Спектр электромагнитных колебаний.
Выод интерференционной функции Лауэ.
Индексы Миллера. Обратная решетка. Её свойства.
Уравнения Лауэ.
Законы погасания для примитивной, гранецентрированной и объемоцентрированной решеток.
Вывод системы дисперсионных уравнений для многовонового случая.
Литература.
Интегральные методы исследования дефектов в кристаллах.
Введение.
Некоторые результаты динамической теории рассеяния рентгеновских лучей для кристаллов со случайно распределенными дефектами.
Диффузное рассеяние на кристаллах с дефектами.
Интегральные характеристики динамического рассеяния рентгеновских лучей в кристаллах с дефектами.
Экспериментальные методы исследования дифракционных характеристик структурного совершенства кристаллов.
Примеры использования интегральных методов для изучения структурных дефектов в кристаллах.
Литература.
Рентгеновская дифракционная микроскопия.
Введение.
Методы рентгеновской топографии.
Основные характеристики методов.
Классификация типов контраста.
Примеры применения топографических методов.
Рентгеновский дифракционный контраст дефектов.
Природа дифракционного изображения дислокаций.
Дифракционный контраст, формируемый в дальнем поле дислокаций.
Механизмы формирования изображения ближнего поля дислокаций.
Литература.
Электронная микроскопия высокого разрешения.
Введение.
Основные характеристики оптических систем.
Основы оптической микроскопии.
Типы контраста (амплитудный и фазовый контраст).
Формирование изображения в оптической системе.
Микроскоп как дифракционный прибор. Подход Аббе.
Передаточная функция оптической системы.
Анализ аберраций в электронном микроскопе.
"Тонкий" фазовый объект в электронной микроскопии.
Анализ передаточной функции электронного микроскопа.
Метод оптического дифрактометра для экспериментального исследования передаточной функции.
Методы численного моделирования изображения высокого разрешения на ЭВМ.
Примеры использования методов электронной микроскопии высокого разрешения.
Литература.
Основы растровой электронной микроскопии (РЭМ).
Введение.
Устройство и принцип работы РЭМ.
Формирование электронного зонда.
Детекторы сигналов в РЭМ.
Взаимодействие электронного пучка с веществом.
Основные механизмы потерь энергии электронов в веществе (упругие и неупругие потери).
Основные источники сигналов, используемых для формирования изображения в РЭМ.
Область взаимодействия электронов зонда с веществом мишени.
Формирование контраста в РЭМ.
Основные механизмы формирования изображения в РЭМ.
Методы обработки видеосигнала в РЭМ.
Рентгеновский микроанализ.
Методы регистрации рентгеновского спектра.
Основные поправки, вводимые в количественном анализе.
Примеры применения РЭМ.
Литература.
Заключение.
Приложения.
Некоторые важные соотношения векторного анализа.
Формулы Эйлера.
Важные соотношения Фурье-анализа.
Некоторые часто встречающиеся мировые константы.
Стереографические проекции для кубической сингонии.
Установочных брегговских углов для германия a=5,657Å.
Установочных брегговских углов для кремния a=5,4306Å и соответствующие экстинкционные длины Λ.
Углы между плоскостями кристалла кубической сингонии.
Задачи и упражнения по курсу (с решениями).
Контрольные вопросы.