## Structural analysis
(Strukturní metody ve fyzice kondenzovaných látek)

Rozsah 2/2/0. 2 kr. (plus ukončení).  
Ukončení: zk.

Vyučující: Václav Holý, Ondřej Caha, Jiří Novák

### Cíle předmětu

V přednášce je podána základní informace o metodách studia struktury ve fyzice kondenzovaných látek, které zahrnují metody založené na interakci rtg záření s látkou a metody využívající rozptyl neutronů a elektronů.
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

- J, Als-Nielsen and D. McMorrow, Elements of Modern X-ray Physics, Wiley 2011
- U. Pietsch et al., High-resolution x-ray scattering from thin films and nanostructures, Springer 2004
- D. B.Williams and C.B. Carter, Transmission Electron Microscopy, Springer 1996
- J. Goldstein et al., Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis, Springer 2003
- 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).