FK010 Strukturní metody ve fyzice kondenzovaných látek

Přírodovědecká fakulta
podzim 2020
Rozsah
2/1/0. 3 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučující
prof. RNDr. Václav Holý, CSc. (přednášející)
doc. Mgr. Ondřej Caha, Ph.D. (cvičící)
Mgr. Jiří Novák, Ph.D. (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Václav Holý, CSc.
Ústav fyziky kondenzovaných látek – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Václav Holý, CSc.
Dodavatelské pracoviště: Ústav fyziky kondenzovaných látek – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
kondenzovaných látek, které zahrnují metody založené na interakci rtg záření s látkou a metody využívající rozptyl neutronů a elektronů.
Výstupy z učení
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
Osnova
  • 1. Vlastnosti rtg záření, Thomsonův rozptyl rtg záření na elektronu, roztyl na atomech, atomový rozptylový faktor. Absorpce rtg záření, základy rtg absorpční spektroskopie
  • 2. Rozptyl rtg záření na krystalické tuhé látce, rtg difrakce. Kinematická aproximace, Fraunhoferova aproximace.
  • 3. Kinematická rtg difrakce na krystalických vrstvách, určení mřížkových parametrů tenké vrstvy a stupně plastické relaxace.
  • 4. Difrakce na polykrystalech, Rietveldova metoda, fázová analýza
  • 5. Maloúhlý rozptyl rtg záření, metody SAXS a GISAXS, rtg reflexe, určení tloušťky tenké vrstvy a drsnosti rozhraní
  • 6. Rtg rozptyl na nanostrukturách, Debyeho formule, párová distribuční funkce, určení střední velkosti nanočástic.
  • 7. Koherentní difrakce, řešení fázového problému
  • 8. Laboratorní a synchrotronové rtg zdroje, rtg optika, rtg detektory.
  • 9. Vlastnosti neutronů, interakce neutronů s látkou, jaderný a magnetický rozptyl neutronů
  • 10. Neutronové zdroje a detektory, neutronová optika.
  • 11. Aplikace neutronového rozptylu – studium dynamiky krystalové mřížky a magnetického uspořádání
  • 12. Interakce elektronů s látkou, hloubka vniku, kvantový popis elektronového rozptylu
  • 13. Princip činnosti transmisního elektronového mikroskopu, vznik obrazu. Transmisní elektronová mikroskopie s vysokým rozlišením.
  • 14. Rastrovací elektronová mikroskopie, princip činnosti, vznik obrazu. Rastrovací transmisní elektronová mikroskopie
  • 15. Chemická analýza pomocí elektronů, metody EELS, EDX, WDX
  • 16. Metoda EBSD
  • 17. Příprava vzorků pro elektronovou mikroskopii, metoda FIB
Literatura
  • D. B.Williams and C.B. Carter, Transmission Electron Microscopy, Springer 1996
  • J. Als-Nielsen and D. McMorrow, Elements of Modern X-ray Physics, Wiley 2011
  • J. Goldstein et al., Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis, Springer 2003
  • 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
Výukové metody
Přednáška, laboratorní práce na přístrojích v laboratořích ústavu. Laboratorní práce budou zahrnovat tyto úlohy:
1. Kvalitativní fázová analýza polykrystralické tenké vrstvy, 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).
Metody hodnocení
ústní zkouška
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2019, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.