Введение к работе
Актуальность темы .__.. __ _.
Широкое использование дифракции быстрых электронов в качестве метода исследований в самых различных областях как фундаментальной, так и прикладной науки с одной стороны, и существование ряда необъясненных явлений и эффектов в электронной микроскопии - с другой, а также поиск фундаментальных закономерностей взаимодействия быстрых электронов с тепловыми колебаниями кристаллической решетки, определяют актуальность темы диссертационной работы.
Большинство процессов, происходящих при взаимодействии пучка ускоренных электронов с периодическим кристаллическим потенциалом, достаточно глубоко изучены. Проведены соответствующие теоретические и экспериментальные разработки, создано много полезных методов диагностики твердых тел с помощью электронных пучков. Существует огромная литература по теоретическим основам и применению этих методов.
Одним из наиболее, общепринятых базовых принципов при построении теоретических моделей дифракции является принцип суперпозиции атомных потенциалов, или, иначе, - модель жестких ионов Нордгейма. Предполагатся также, что форма потенциала не изменяется при деформациях кристалла. Относительная простота построения теории в рамках этой модели приводит к тому, что ряд свойств, появляющихся вследствие объединения атомов в кристалл, остается за пределами рассмотрения. В том числе и таких, которые отличают внутреннее строение металла, полупроводника и диэлектрика. В то же время, на микрографиях наблюдается ряд аномальных особенностей, которые остаются не описанными.
В ряде работ была сделана попытка учесть коррелированность смещений атомов в рамках модели мягкого потенциала в кинематическом приближении для металлического кристалла. Было показано, что учет де-
формационной способности потенциала приводит к появлению разрывов в Фурье - спектре неупругой дифракции электронов. Причем эффект этот может оказаться достаточно значительным для обнаружения на экспериментальных микрографиях.
В свете данных разработок представляет интерес построение аналогичных моделей для ковалентних кристаллов и проверка возможности появления подобного эффекта в рамках построенной модели. Кроме того, предварительный анализ показал, что те же эффекты, возможно, могут быть описаны в рамках более традиционной модели жестких ионов.
Цель работы
Более детально изучить процесс взаимодействия быстрых электронов с кристаллами, как в рамках модели деформационных потенциалов, так и в модели жестких ионов. На основе полученных результатов попытаться объяснить ряд выявленных аномалий на дифракционных картинах и изображениях. Построить алгоритмы и провести численное моделирование происходящих процессов.
Новые научные результаты
-
В случае полупроводников и диэлектриков рассчитано поведение спектра фононного рассеяния электронов в зависимости от деформационных свойств ионной и электронной подсистем.
-
Получено описание деформационных особенностей (разрывов первого рода) в спектре фононного рассеяния для кристалла с произвольным типом связей в рамках модели суперпозиции жестких атомных потенциалов.
-
Предложены динамическая и кинематическая модели дифракции электронов на деформационном потенциале, позволяющие описать аномальные ширины экстинкционных полос в электронной микроскопии.
4. Разработан алгоритм расчета кривых качания, учитывающий эффект
усиления рассеяния в первой зоне Бриллюэна и написана рабочая про-
грамма, реализующая этот алгоритм. _ __
-
Проведено моделирование взаимодействия пучка быстрых электронов с кристаллами меди и золота, по традиционному динамическому расчету и по разработанному алгоритму.
-
Более адекватная интерпретация ряда особенностей изображений и дифракционных картин в электронной микроскопии, например, аномально узкие шкрины изгибных полос, изменение знака контраста дифракционных картин с изменением толщины кристалла.
Положения, выносимые на защиту
-
Модель дифракции электронов на системе жестких атомных потенциалов в присутствии тепловых колебаний
-
Следствием фононной деформации распределенного заряда в полупроводниках и диэлектриках является появление особенностей в спектре фононного рассеяния в виде разрывов первого рода на границах зон Бриллюэна.
-
Комплекс алгоритмов и программ, реализующих решение задачи многоволнового распространения и рассеяния электронов на фононах в
кристалле.
Научная и практическая ценность
Теоретические исследования показали ряд существенных для понимания физических процессов взаимодействия быстрых электронов с кристаллами результатов. Предложена и обоснована интерпретация ряда аномальных особенностей на электронно-микроскопических изображениях и дифракционных картинах. Помимо несомненного фундаментального научного
интереса, полученные данные позволяют выделить значительно большее количество полезной информации из электронно-микроскопических изображений и дифракционных картин. В частности, информацию о спектре и анизотропии фононных мод в кристалле.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на Всероссийских и Международных конференциях: Всероссийский молодежный научный форум (95г.), Международные конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (XXVII - 97г., и XXVIII - 98г.), Международная конференция по неразрушающему исследованию и компьютерному моделированию в материаловедении и инжиниринге (97г.).
Публикации
Похожие диссертации на Особенности рассеяния быстрых электронов на тепловых колебаниях при прохождении через тонкие кристаллы
