Фізичні методи дослідження матеріалів
Topic outline
-
Курс складається із стислого огляду-класифікації сучасних методів дослідження матеріалів під впливом зовнішніх чинників: температури, тиску, механічного навантаження, магнітних та електричних полів та різних видів опромінення – різноманітні спектроскопічні методи. Більш детально, на прикладах європейських експериментальних інфраструктур, розглянуто способи реалізації високих магнітних полів та їх застосування, синхротронні експерименти та метод фотоелектронної спектроскопії, дифракційні методи та методи тунельної електронної спектроскопії.
Контрольні питання курсу- Чим визначаються максимальні температури індукційної та оптичної печей?
- Типи та фізичні принципи роботи рефрижераторів: випаровування, дроселювання, детандування, адіабатичного розмагнічування, Пельтьє, розчинення?
- Для чого потрібен ультра-високий вакуум та як його досягти? Принцип роботи турбомолекулярного насосу?
- Чим обмежені максимальні поля резистивних, надпровідних та імпульсних магнітів?
- Принцип роботи магнетометрів: fluxgate (ферозонд), VSM, SQUID?
- Чому роздільна здатність іонного польового мікроскопа більше ніж електронного емісійного?
- Чому роздільна здатність електронного мікроскопа більше ніж оптичного? В чому різниця між TEM та SEM?
- Чим RHEED кращий за LEED?
- Як в ARPES-спектрометрі реалізуються розділення по імпульсу і енергії?
- Як відрізнити поверхневі та об'ємні зони на ARPES-спектрах?
- Що таке поверхня Фермі, як її визначають експериментально?
- Принцип роботи циклотрона та синхроциклотрона, в чому відмінності?
- Принцип роботи синхротрона. Енергії електронів в кільці і як компенсують енергетичні втрати?
- Принцип роботи ондулятора. Чим визначається енергія та поляризація синхротронного випромінювання?
- Принцип роботи ЯМР та МРТ? Чому роздільна здатність залежить від поля?
- Особливості та переваги нейтронних методів: дифракції та непружного розсіювання? Як працюють нейтронні монохроматори?
- Переваги мюонної спектроскопії?
- Принцип роботи lock-in amplifier (синхронного підсилювача)?
-
Лектор: Олександр КордюкТема на 1.5 лекції: лекція 4 та половина лекції 5.
- Оже-спектроскопія (Auger electron spectroscopy)
- Рентгенівська фотоелектронна спектроскопія (XPS): остовні рівні та валентна зона
- Фотоемісійна спектроскопія з кутовим розділенням (ARPES):
- Фотоефект, фотоелектронний спектр, закони збереження енергії та імпульсу, розділення по енергії, розділення по імпульсу
- Глибина виходу фотоелектронів
- Електронна зонна структура: співвідношення невизначенності Гейзенберга, принцип Паулі, зона Брілюена
- Ферміологія: енергія Фермі, рівень Фермі, імпульс Фермі, поверхня Фермі у 2D та 3D, швидкість Фермі
- Електронний спектр: квазічастинкова спектральна функція, власна енергія
- Електронна структура квазі-двовимірних кристалів на прикладі надпровідних купратів та дихалькогенідів
- Енергетична шкала: температура, надпровідна щілина, зонна щілина, перехід Паєрлса
- "Матричні елементи" - залежність від енергії та поляризації фотонів
- Джерела фотонів
- Синхротронний ARPES-експеримент
Контрольні питання
- В чому різниця між остовними рівнями та валентною зоною?
- Як в ARPES-спектрометрі реалізуються розділення по імпульсу і енергії?
- Що таке поверхня Фермі, як її визначають експериментально?
- Назвати характерні енергетичні шкали: глибина зони, зонна щілина, надпровідна щілина, kT.
- Можливі джерела фотонів та переваги синхротронного випромінювання?