Дифракционные методы исследования атомной и магнитной структуры  кристаллов

 

Профессор  Е.О.Филатова

 

Введение

Общая характеристика дифракционных методов рентгеновского структурного анализа различных веществ.

 

Раздел 1. Кинематическая теория рассеяния рентгеновских лучей.

Рассеяние рентгеновских лучей свободным электроном, одноэлектронным и многоэлектронным атомом. Факторы рассеяния. Дисперсионные поправки.

Теория дифракции на идеальном кристалле: Интерференционная функция Лауэ и ее свойства. Интерференционный фактор в кристалле. Дифракционные условия Лауэ. Обратное пространство, сфера Эвальда, связь между прямой и обратной решетками. Распределение интенсивности дифракции в обратном пространстве. Структурная амплитуда рассеяния. Электронная плотность. Протяженность и форма узлов обратной решетки кристалла. Многоволновая дифракция, опыты Реннингера. Геометрии дифракции (брэгговская, лауэвская, симметричная и асимметричная, некомпланарная).  Амплитуда отражения одной атомной плоскостью, бесконечной кристаллической пластиной. Брэгговская дифракция от тонкого кристалла, интегральное отражение. Учет фотоэлектрического поглощения. Структурные факторы. Метод определения полярности грани кристалла. Влияние температуры на дифракцию (фактор Дебая-Валлера). Противоречия кинематической теории. Мозаичные кристаллы.

Отражение от грани кристалла. Первичная и вторичная экстинкция.

 

Раздел 2. Динамическая теория рассеяния рентгеновских лучей.

Преломление рентгеновских лучей. Динамическая дифракция по Дарвину, кривая отражения идеального кристалла. Основные уравнения динамической теории Лауэ, связь между Фурье компонентами поляризуемости и структурным фактором, дисперсионная поверхность, одноволновой случай. Двухволновое  приближение, амплитуды и фазы дифрагированных волн. Граничные условия для волновых векторов и амплитуд электромагнитного поля. Направление потоков энергии в кристалле. Отражение от толстого слабо поглощающего кристалла, коэффициент первичной экстинкции. Брэгговская и лауэвская дифракция от тонкого непоглощающего кристалла, маятниковые решения. Связь между кинематической и динамической теориями. Динамическое рассеяние в поглощающем кристалле. Эффект Бормана. Учет поглощения при отражении по Брэггу и в трансмисионной геометрии. Форма кривых отражения и поглощения в зависимости от толщины кристалла. Метод сферической волны. Сопоставление интегральных отражательных способностей по кинематической и динамической теории в геометриях Брэгга и Лауэ.

 

Раздел 3. Основы рентгеновской дифрактометриии. Однокристальный и двухкристальные схемы дифрактометров. Параллельная и антипараллельная схемы двухкристального дифрактометра. Трехкристальный дифрактометр.

 

Раздел 4. Рентгеновский структурный анализ. Практические методы рентгеноструктурного анализа (метод Лауэ, метод вращения и колебания кристалла, метод рентгеновского гониометра, метод порошков). Расшифровка кристаллических структур. Синтез Фурье. Фазовая проблема. Метод проб и ошибок. Фактор расходимости. Функция межатомных расстояний Патерсона.

 

Раздел 5. Рентгеновская топография. Теоретические основы. Механизмы топографического контраста (ориентационный, экстинкционный). Методы и схемы рентгеновской топографии.

 

Раздел 7. Рентгеновская интерферометрия и ее использование.

 

Раздел 8. Электронография

Специфика метода. Дифракция  быстрых и медленных электронов. Основные представления о формировании электронно - микроскопического изображения.

 

Раздел 9. Нейтронография

Принципы метода. Изучение атомной структуры. Изучение магнитной  структуры.

 

Рекомендуемая литература

  1. Р. Джеймс. Оптические принципы дифракции рентгеновских лучей. Москва, Изд. Иностранной литературы, 1950
  2. В.И. Иверонова, Г.П. Ревкевич. Теория рассеяния рентгеновских лучей. Изд. МГУ, 1976
  3. З.Г. Пинскер. Рентгеновская кристаллооптика. Москва, Наука, 1982
  4. Б.К. Вайнштейн. Современная кристаллография. Т.1, Симметрия кристаллов. Методы структурной кристаллографии. Изд. “Наука” Москва, 1979
  5. Дж. Каули. Физика дифракции. Мир, 1979
  6. Дифракционные и микро-скопические методы в материаловедении (сб. статей под ред. С. Амеликса). Москва, Металлургия, 1984