FK010 Structural analysis methods in condensed matter physics

Faculty of Science
Autumn 2022
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
The course is also listed under the following terms Autumn 2019, Autumn 2020, autumn 2021, Autumn 2023, Autumn 2024.
  • Enrolment Statistics (Autumn 2022, recent)
  • Permalink: https://is.muni.cz/course/sci/autumn2022/FK010