Программа

краткосрочного повышения квалификации преподавателей и научных работников высшей школы

по направлению

«Методы диагностики и исследования наноструктур»

на базе учебного курса

«Дифракция медленных электронов»

Цель: изучение физических основ дифракции медленных электронов и применения этого

метода для исследования наноматериалов Категория слушателей: преподаватели и научные работники высшей школы Срок обучения: _36 часов Форма обучения: _с частичным отрывом от работы Режим занятий: _8 часов в день_ Целью изучения курса является получение фундаментальных знаний в области электронноспектроскопических исследований свойств наноматериалов – области знаний, имеющей большое значение для современного материаловедения, физики наноразмерных и молекулярных структур, физики и химии конденсированного состояния и тонких пленок. Задачи курса состоят в изучении метода ДМЭ, основных кристаллографических понятий, дифракции на 2D и 3D решетках, необходимой аппаратуры для ДМЭ и изучении применения этого метода для исследования наноматериалов.

Требования к уровню освоения учебного курса Преподаватели должны:

Знать:

o область применения дифракции медленных электронов (ДМЭ);

o физические принципы ДМЭ;

o устройство оборудования для проведения исследований методом ДМЭ;

o структуру спектров ДМЭ.

Иметь навыки:

o сбора, систематизации и анализа научно-технической и другой профессиональной информации в области применения ДМЭ;

o включать приобретенные знания о ДМЭ в уже имеющуюся систему знаний и применять эти знания в самостоятельных методических разработках;

o переносить полученных знания о ДМЭ на смежные предметные области и к использованию этих знаний для построения междисциплинарных методических разработок.

Иметь представление:

o о методе РФЭС;

o о процедуре получения точечных рефлексов с помощью ДМЭ;

Научные работники должны:

Знать:

o область применения дифракции медленных электронов (ДМЭ);

o физические принципы ДМЭ;

o устройство оборудования для проведения исследований методом ДМЭ;

o структуру спектров ДМЭ.

Иметь навыки:

o сбора, систематизации и анализа научно-технической и другой профессиональной информации в области применения ДМЭ;

o включать приобретенные знания о ДМЭ в уже имеющуюся систему знаний и применять эти знания в самостоятельных методических разработках;

o переносить полученных знания о ДМЭ на смежные предметные области и к использованию этих знаний для построения междисциплинарных методических разработок.

Иметь представление:

о методе РФЭС;

o о процедуре получения точечных рефлексов с помощью ДМЭ;

o Учебный курс «Дифракция медленных электронов» состоит из дистанционной и очной частей.

Дистанционная часть учебного образовательного курса обеспечивает слушателя необходимым объмом знаний по выбранной тематике. Задача дистанционной составляющей учебного курса – подготовить слушателя к очному посещению лаборатории в Московском инженерно-физическом институте.

В дистанционной (теоретической) части учебного курса изучаются основные физические принципы метода дифракции медленных электронов и его применение для исследования поверхности твердых тел и наноструктур. Теоретическая часть учебного курса состоит из пяти лекций:

Лекция 1: Введение, кристаллография поверхности Введение. Кристаллография поверхности. Трехмерные кристаллические решетки.

Элементарная ячейка. Ячейка Вигнера-Зейтса. Решетка Браве.

Лекция 2: Типы кристаллических решеток, индексы Миллера Решетки Браве. Индексы Миллера для атомных плоскостей.

Лекция 3: Дифракция на кристаллической поверхности Дифракция на трехмерной решетке. Описание Лауэ. Сфера Эвальда. Дифракция на двумерной решетке.

Лекция 4: Аппаратура, геометрия и структурные эффекты в ДМЭ Экспериментальная установка. Влияние дефектов, доменной структуры и кластеров на поверхности. Учет тепловых колебаний атомов решетки.

Лекция 5: Использование метода ДМЭ в исследовании наноструктур и поверхности твердого тела Исследование адсорбции индия на поверхности кремния. Исследование ансамбля нанокластеров на поверхности.

Очная (экспериментальная) часть учебного курса заключается в ознакомлении со спектрометром XSAM-800 и программой обработки ДМЭ спектров. Обзорные спектры. Идентификация элементов.

Фитирование спектров остовных уровней. Основные задания на лабораторный практикум:

1. Установить и научиться работать с программой просмотра и обработки спектров Viewer на примере выданного файла обзорного и частичного спектров пленки молибдена, осажденной на поверхность высокоориентированного пиролизного графита (Mo/ВОПГ). Научиться определять положение спектральных линий, фиттировать спектральные линии функцией Гаусса, определять их основные характеристики (интенсивность и ширину на полувысоте).

2. Для выданного обзорного спектра неизвестного элемента/соединения определить найти наиболее интенсивные спектральные линии, определить их положения (ВЕ или КЕ), с помощью прилагаемых таблиц или баз данных в интернете идентифицировать данные пики. По совокупности данных определить, из каких элементов состоит неизвестный образец и предложить его состав (например, металлическая медь со адсорбированным на ее поверхности слоем углерода и кислрода, оксид кремния, и.т.д.) Методические рекомендации по реализации учебной программы На дистанционную и очную части учебного курса отводится по 18 часов соответственно. Полное содержание лекций в электронной дистанционной части учебного курса находится на сайте www.nanoobr.ru. Для контроля степени освоения теоретической части учебного курса (лекций) используются тестовые вопросы для самопроверки и контрольные вопросы.

«Спектры рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии»

Лекция 1: Введение, кристаллография поверхности 1. Что называется первой зоной Бриллюэна?

А) Элементарная ячейка Вигнера-Зейтса Б) Элементарная ячейка Вигнера-Зейтса для В) Такого понятия не существует 2. Вершины двумерных «пчелиных сот» образуют решетку Бравэ.

Лекция 2: Типы кристаллических решеток, индексы Миллера 1. Какие индексы Миллера у этой поверхности?

(основные векторы: a, b, c) 2. Сколько существует типов поверхностных решетов Браве?

3. Индексами Миллера для атомной плоскости называются:

А) координаты наименьшего вектора Б) координаты наименьшего вектора обратной решетки, параллельно данной обратной решетки, перпендикулярного плоскости, в системе координат, заданной данной плоскости, в системе координат, основными векторами обратной решетки. заданной основными векторами прямой В) координаты наименьшего вектора Г) координаты наименьшего вектора прямой решетки, перпендикулярного обратной решетки, перпендикулярного данной плоскости, в системе координат, данной плоскости, в системе координат, заданной основными векторами обратной заданной основными векторами обратной Лекция 3: Дифракция на кристаллической поверхности 1. Когда наюблюдается дифракция?

А) Когда период решетки много меньше Б) Когда период решетки много больше длины волный падающего излучения длины волный падающего излучения В) Когда период решетки сравним с длиной волный падающего излучения 2. В качестве излучения можно также использовать пучок тепловых нейтронов. Какова должна быть энергия этого пучка?

В) ~0,01 эВ 3. Какие величины необходимо знать для определения межатомного расстояния?

А) Брегговский угол и длину волны Б) Брегговский угол и длину волны В) Брегговский угол и индексы Миллера Лекция 4: Аппаратура, геометрия и структурные эффекты в ДМЭ 1. Что будет происходить с интенсивностью дифракционного пятна с увеличением температуры?

В) Будет уменьшаться 2. Что представляет собой дифракционная картина?

В) Спектр с пиками Контрольные вопросы для проверки материала в количестве 15 вопросов 1) Какую информацию дает метод ДМЭ и в чем его отличие от микроскопических методов?

2) Как связаны вектора прямой и обратной решеток?

3) Что такое решетка Браве?

4) Назовите существующие типы поверхностных решеток Браве.

5) Почему поверхностная решетка может отличаться от объемной решетки кристалла и какие обозначения используют для поверхностной решетки?

6) Что такое угол Брегга?

7) В чем состоит описание Лауэ дифракции на кристалличексой решетке?

Что такое сфера Эвальда и для чего она используется?

9) Чем отличается построение сферы Эвальда для дифракции на трехмерной и двумерной кристаллических решетках?

10) Можно ли наблюдать дифракционную картину при отражении электронов с энергией 200 кэВ от поверхности кристалла?

11) Какие явления приводят к размытию рефлексов дифракционной картины при дифракции электронов на кристаллической решетке поверхности?

12) Зачем нужна добавка V к потенциалу на задерживающих сетках?

13) Как влияет когерентность на характер дифракционной картины при дифракции электронов на кристаллической решетке поверхности?

14) Опишите процедуру анализа профиля рефлекса ДМЭ при анализе нанокластеров на поверхности.

15) Как производиться исследование адсорбции одного вещества на поверхности другого, на примере индия и кремния?

В конце очной части учебного курса слушатели готовят отчеты по темам контрольных рефератов, которые используются для контроля степени усвоения всего учебного курса на базе экспериментальных результатов и их обработки с применением знаний из дистанционной части курса.

История развития кристаллографии.

Дифракция на двумерной решетке.

Дифракция на трехмерной решетке.

Обзор оборудования для ДМЭ Обзор современной литературы по использованию метода ДМЭ в исследовании наноструктур Обзор современной литературы по использованию метода ДМЭ в исследовании поверхности твердого Сравнение метода ДМЭ с другими методами исследования поверхности твердого тела и наноструктур.

Преимущества и недостатки.

поверхности кристаллических решеток, индексы Миллера кристаллической поверхности геометрия и структурные эффекты в ДМЭ метода ДМЭ в исследовании наноструктур и поверхности твердого Список литературы (основной и дополнительной), а также других видов учебно-методологических материалов и пособий, необходимых для изучения (конспектов лекций, видеолекций, лазерных и др. дополнительных источников информации в кол-ве – 5.

Методы анализа поверхности, под ред. А. Зандерны, - М.: Мир, 1979.

Д. Вудраф, Т. Делчар, Современные методы исследования поверхности, - М.: Мир, 1989.

Электронная и ионная спектроскопия твердых тел, под ред. Л. Фирмэнса, Дж. Вэнника, В.

В.В. Немошкаленко, В.Г. Алешин, Электронная спектроскопия кристаллов, - Киев: Наукова В.Д. Борман, А.П. Менушенков, М.А. Пушкин, В.И. Троян В.Н. Тронин, Физические основы методов исследования электронных свойств и локальной структуры фукциональных наноматериалов для энергетики, - Москва, 2009.

Полное содержание лекций в электронной дистанционной части