PřF:FK010 Struct. analys. in solid state - Course Information

FK010 Structural analysis methods in condensed matter physics

Extent and Intensity

2/1/0. 3 credit(s) (plus extra credits for completion). Type of Completion: zk (examination).

Teacher(s)

prof. RNDr. Václav Holý, CSc. (lecturer)
doc. Mgr. Ondřej Caha, Ph.D. (seminar tutor)
Mgr. Jiří Novák, Ph.D. (seminar tutor)

Guaranteed by

prof. RNDr. Václav Holý, CSc.
Department of Condensed Matter Physics – Physics Section – Faculty of Science
Contact Person: prof. RNDr. Václav Holý, CSc.
Supplier department: Department of Condensed Matter Physics – Physics Section – Faculty of Science

Course Enrolment Limitations

The course is offered to students of any study field.

Course objectives (in Czech)

kondenzovaných látek, které zahrnují metody založené na interakci rtg záření s látkou a metody využívající rozptyl neutronů a elektronů.

Learning outcomes (in Czech)

Po úspěšném absolvování tohoto předmětu by studenti měli být schopni
- porozumět fyzikálnímu principu strukturních metod
– navrhnout vhodný experimentální postup pro zadaný strukturní problém
– používat experimentální vybavení ústavu pro určení struktury zadané kondenzované látky
– vyhodnotit experimentální data a srovnat s teoretickým modelem

Syllabus

• 1. Properties of x-rays, Thomson x-ray scattering from an electron, scattering from atoms, atomic form-factor. X-ray absorption, basics of x-ray absorption spectroscopy.
• 2. Scattering of x-rays from a crystalline solid, x-ray diffraction, kinematical approximation, far-field limit.
• 3. Kinematical x-ray diffraction from crystalline thin layers, determination of lattice parameters and degree of plastic relaxation of a layer.
• 4. Diffraction from polycrystals. The Rietveld method, phase analysis.
• 5. Small-angle x-ray scattering, SAXS and GISAXS methods, x-ray reflection, determination of the layer thickness and roughness of interfaces
• 6. X-ray scattering from nanostructures, the Debye formula, pair distribution function, determination of mean size of nanoparticles.
• 7. Coherent diffraction, phase problem in scattering theory.
• 8. Laboratory and synchrotron x-ray sources, x-ray optics, x-ray detectors.
• 9. Properties of neutrons, interaction of neutrons with matter, nuclear and magnetic neutron scattering.
• 10. Neutron sources and detectors, neutron optics.
• 11. Application of neutron scattering - study of lattice dynamics and magnetic order in solids.
• 12. Interaction of electrons with matter, penetration depth, quantum description of electron scattering.
• 13. Transmission electron microscopy - principles and image formation.
• 14. Scanning electron microscopy, principles, image formation, scanning transmission electron microscopy.
• 15. Chemical analysis with electrons, methods EELS, EDX, WDX.
• 16. EBSD method
• 17. Sample preparation for electron microscopy, FIB method

Literature

• J. Als-Nielsen and D. McMorrow, Elements of Modern X-ray Physics, Wiley 2011
• D. B.Williams and C.B. Carter, Transmission Electron Microscopy, Springer 1996
• U. Pietsch et al., High-resolution x-ray scattering from thin films and nanostructures, Springer 2004
• G. L. Squires, Introduction to the Theory of Thermal Neutron Scattering, Cambridge Univ. Press 2012
• J. Goldstein et al., Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis, Springer 2003

Teaching methods (in Czech)

Přednáška, laboratorní práce na přístrojích v laboratořích ústavu. Laboratorní práce budou zahrnovat tyto úlohy:
1. Kvalitativní fázová analýza polykrystalického vzorku, Rietveldovské upřesnění poloh atomů v elementární buňce
2. Určení stupně plastické relaxace v epitaxní vrstvě, odhad hustoty misfit dislokací
3. Určení tloušťky tenké vrstvy a střední kvadratické drsnosti rozhraní pomocí rtg reflexe
4. Určení střední velikosti nanočástic a stupně korelace jejich poloh pomocí maloúhlého rtg rozptylu.

K řešení těchto úloh se použijí difraktometry RIGAKU Smartlab9kW a RIGAKU Smartlab3kW v CEITEC core facility jakož i difraktometr RIGAKU Smartlab3kW na ÚFKL (CEPLANT).

Assessment methods

oral exam

Language of instruction

Czech

Further Comments

Study Materials

• Enrolment Statistics (Autumn 2023, recent)
  
• Permalink: https://is.muni.cz/course/sci/autumn2023/FK010