Выпуски УФМ »  Том 9, выпуск 3

Уникальная информативность диффузной динамической комбинированной дифрактометрии материалов и изделий нанотехнологий

А. П. Шпак$^{1}$, М. В. Ковальчук$^{2}$, И. М. Карнаухов$^{3}$, В. В. Молодкин$^{1}$, Е. Г. Лень$^{1}$, А. И. Низкова$^{1}$, С. И. Олиховский$^{1}$, Б. В. Шелудченко$^{1}$, Дж. Е. Айс$^{4}$, Р. И. Барабаш$^{4}$

$^1$Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^2$Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН, Ленинский просп., 59, 119333 Москва, РФ
$^3$Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» НАН Украины, ул. Академическая, 1, 61108 Харьков, Украина
$^4$Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, 37831-6118 Tennessee, USA

Получена: 26.05.2008. Скачать: PDF

В работе проведен детальный систематический анализ открытого явления уникальной информативности динамической картины рассеяния в кристаллах с дефектами, установлены его физическая природа и возможности практического использования. Природа этого явления состоит в том, что в каждом из рефлексов картины рассеяния при переходе от кинематического к динамическому случаю начинают принципиально отличаться между собой зависимости от условий динамической дифракции брэгговской и диффузной составляющих рассеяния, которые всегда остаются одинаковыми в кинематической теории. Это принципиальное различие обусловлено существенно разными значениями фундаментальных величин факторов рассеяния для брэгговской и диффузной составляющих и их разным характером, а именно, для брэгговской – это усредненный по конфигурациям дефектов потенциал рассеяния (периодический), а для диффузной – флуктуации от среднего потенциала (непериодическая часть). За счет этого различаются между собой и динамические факторы брэгговской и диффузной экстинкций, а также другие закономерности проявления эффектов многократности для брэгговского и диффузного рассеяний. Установлен аналитически характер указанных зависимостей, что обеспечило уникальную возможность управления вкладом диффузной составляющей при неизменных характеристиках дефектной структуры только за счет целенаправленного изменения условий динамической дифракции. Благодаря тому, что влияние дефектов на брэгговскую и диффузную составляющие картины рассеяния имеет противоположный характер, то есть они всегда увеличивают диффузную составляющую, но уменьшают брэгговскую, указанное явление обеспечило возможность управляемого изменения результирующего характера влияния дефектов на картину рассеяния в целом, по которому и проводится их диагностика. Это обусловило существенные изменения самих основ проведенной в рамках кинематической теории количественной и качественной классификации дефектов по их влиянию на картину рассеяния при их диагностике в условиях динамической дифракции. Наиболее важным преимуществом динамической дифракции оказалось то, что возможность управления вкладом диффузной составляющей рассеяния путем целенаправленного изменения условий динамической дифракции радикально повысила информативность и обеспечила принципиально новые функциональные возможности динамической дифрактометрии. Эта парадоксально высокая с точки зрения традиционных представлений информативность обусловлена возможностью только при динамической дифракции за счет изменения условий дифракции реализовать и комбинированно (совместно) обработать необходимый полный набор независимых дифракционных экспериментов для одного образца с фиксированной дефектной структурой с целью решения обратной задачи многопараметрической диагностики материалов и изделий нанотехнологий с несколькими типами дефектов. Таким образом, создано новое поколение кристаллографии – диффузная динамическая комбинированная дифрактометрия (ДДКД) многих типов дефектов в монокристаллах и гетерогенных системах.

Ключевые слова: динамическая теория рассеяния рентгеновских лучей, рентгеновская дифрактометрия, диагностика микродефектов в кристаллах, условия дифракции, комбинированный подход.

PACS: 07.85.-m, 61.10.-i, 61.72.Dd, 68.65.-k, 78.70.Ck, 81.07.-b, 81.70.Ex

Citation: A. P. Shpak, M. V. Koval’chuk, I. M. Karnaukhov, V. V. Molodkin, E. G. Len, A. I. Nizkova, S. J. Olikhovskii, B. V. Sheludchenko, G. E. Ice, and R. I. Barabash, Unique Informativity of the Diffuse Dynamical Combined Diffractometry of Materials and Products of Nanotechnologies, Usp. Fiz. Met., 9, No. 3: 305—356 (2008) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.09.03.305

Цитированная литература (91)  
  1. Von Laue M., Rontgenstrahlinterferezen (Leipzig: Akademishe Verlagsges: 1948), p. 410.
  2. C. Hammond, The Basics of Crystallography and Diffraction. 2nd ed. (London: Oxford University Press: 2001), p. 320.
  3. R. W. James, Solid State Phys., 15: 55 (1963). Crossref
  4. B. W. Batterman and H. Cole, Rev. Mod. Phys., 36: 681 (1964). Crossref
  5. S. Takagi, Acta Crystallogr., 15, No. 12: 1131 (1962). Crossref
  6. S. Takagi, J. Phys. Soc. Jpn., 26, No. 5: 1239 (1969). Crossref
  7. D. Taupin, Bull. Soc. Franc. Miner. Cryst., 87, No. 2: 469 (1964).
  8. P. Penning and D. Polder, Philips Res. Repts., 16, No. 2: 419 (1961).
  9. P. Penning, Philips Res. Repts. Suppl., 21, No. 5: 1 (1966).
  10. N. Kato, Acta Crystallogr., 16, No. 4: 276 (1963). Crossref
  11. N. Kato, Z. Naturforsch. A., 28, №1: 604 (1973).
  12. L. V. Azaroff, R. Kaplow, N. Kato, R. J. Weiss et al., X-Ray Diffraction (New York: Me Graw-Hill: 1974), p. 652.
  13. A. Authier, Dynamical Theory of X-Ray Diffraction (London: Oxford University Press: 2001), p. 661.
  14. M. A. Krivoglaz, X-Ray and Neutron Diffraction in Nonideal Crystals (Berlin: Springer: 1996), p. 466. Crossref
  15. В. Б. Молодкин, Е. А. Тихонова, ФММ, 24, № 3: 385 (1967).
  16. В. Б. Молодкин, ФММ, 25, № 3: 410 (1968).
  17. В. Б. Молодкин, ФММ, 27, № 4: 582 (1969).
  18. В. Б. Молодкин, Металлофиз., 2, № 1: 3 (1980).
  19. V. B. Molodkin, Phys. Metals, 3: 615 (1981).
  20. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, and M. E. Osinovskii, Phys. Metals, 5: 1 (1984).
  21. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, and M. E. Osinovskii, Phys. Metals, 5: 847 (1985).
  22. V. V. Kochelab, V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, and M. E. Osinovskii, Phys. Stat. Solidi A, 108, No. 1: 67 (1988). Crossref
  23. Л. И. Даценко , В. Б. Молодкин, М. Е. Осиновский, Динамическое рассеяние рентгеновских лучей реальными кристаллами (Киев: Наукова думка: 1988), с. 200.
  24. В. Б. Молодкин, Г. И. Гудзенко, С. И. Олиховский, М. Е. Осиновский, Металлофизика, 5, № 3: 10 (1983).
  25. В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский, М. Е. Осиновский, А. Н. Гуреев и др., Металлофизика, 6, № 2: 18 (1984).
  26. В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский, М. Е. Осиновский, А. Н. Гуреев и др., Металлофизика, 6, № 3: 105 (1984).
  27. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, M. E. Osinovskii, A. N. Gureev et al., Phys. Status Solidi (а), 87, No. 2: 597 (1985). Crossref
  28. V. V. Nemoshkalenko, V. B. Molodkin, E. N. Kislovskii, and M. T. Kogut, Металлофизика, 16, № 2: 48 (1994).
  29. А. П. Шпак, В. Б. Молодкин, А. И. Низкова, УФМ, 5, № 1: 51 (2004).
  30. А. И. Низкова, В. Б. Молодкин, И. А. Московка, Металлофиз. новейшие технол., 26, № 6: 783 (2004).
  31. P. H. Dederichs, Phys. Stat. Solidi B, 23, No. 1: 377 (1967). Crossref
  32. P. H. Dederichs, Solid State Phys., 27: 135 (1972). Crossref
  33. V. B. Molodkin, A. I. Nizkova, A. P. Shpak, V. Ph. Machulin et al., Diffractometry of Nanosized Defects and Heterolayers of Crystals (Kiev: Akademperiodyka: 2005), p. 364 (in Russian).
  34. В. В. Ратников, Э. К. Ковьев, Л. М. Сорокин, ФТТ, 26, № 7: 2155 (1984).
  35. В. В. Ратников, Л. М. Сорокин, ФТТ, 26, № 11: 3445 (1984).
  36. В. В. Ратников, Р. Н. Кютт, ЖТФ, 55, № 2: 391 (1985).
  37. Р. Н. Кютт, В. В. Ратников, Металлофизика, 7, № 1: 36 (1985).
  38. A. N. Kostyuk, V. B. Molodkin, and S. I. Olikhovskii, Phys. Stat. Solidi B, 178, No. 1: 45 (1993). Crossref
  39. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, and A. N. Kostyuk, Phys. Stat. Solidi В, 183, No. 1: 59 (1994). Crossref
  40. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, E. N. Kislovskii, E. G. Len et al., Phys. Stat. Solidi B, 227, No. 2: 429 (2001). Crossref
  41. S. I. Olikhovskii, V. B. Molodkin, E. N. Kislovskii, E. G. Len et al., Phys. Stat. Solidi B, 231, No. 1: 199 (2002). Crossref
  42. V. G. Baryakhtar, V. V. Nemoshkalenko, V. B. Molodkin, A. P. Shpak et al., Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 16, No. 1: 21 (1994).
  43. V. B. Molodkin, V. V. Nemoshkalenko, S. I. Olikhovskii, E. N. Kislovskii et al., Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 20, No. 1: 29 (1998).
  44. I. V. Prokopenko, E. N. Kislovskii, S. I. Olikhovskii, V. M. Tkach et al., Semiconductor Physics, Quantum Electronics  Optoelecronics, 3, No. 3: 275 (2000).
  45. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, E. N. Kislovskii, V. P. Krivitsky et al., J. Phys. D: Appl. Phys., 34, No. 5: A82 (2001). Crossref
  46. E. N. Kislovskii, S. I. Olikhovskii, V. B. Molodkin, V. V. Nemoshkalenko et al., Phys. Stat. Solidi B, 231, No. 1: 213 (2002). Crossref
  47. V. B. Molodkin, M. Ando, E. N. Kislovskii, S. I. Olikhovskii et al., Металлофиз. новейшие технол., 24, № 4: 541 (2002).
  48. Ye. M. Kyslovskyy, T. P. Vladimirova, S. I. Olikhovskii, V. B. Molodkin et al., Phys. Stat. Solidi A, 204, No. 8: 2591 (2007). Crossref
  49. A. P. Shpak, V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, Ye. M. Kyslovskyy et al., Phys. Stat. Solidi, 204, No. 8: 2651 (2007). Crossref
  50. N. Kato, Acta Crystallogr. A, 36: 763 (1980); ibidem, 36: 770 (1980); ibidem, 47: 1 (1991). Crossref
  51. V. Holý and K. T. Gabrielyan, Phys. Stat. Solidi B, 140, No. 1: 39 (1987). Crossref
  52. V. Holý and J. Kuběna, Phys. Stat. Solidi B, 151: 23 (1989); ibidem, 155: 339 (1989).
  53. M. Al Haddad and P. Becker, Acta Crystallogr. A, 44, No. 3: 262 (1988). Crossref
  54. А. М. Поляков, Ф. Н. Чуховский, Д. И. Пискунов, ЖЭТФ, 99: 589 (1991).
  55. J. P. Guigay and F. N. Chukhovskii, Acta Crystallogr. A, 51: 288 (1995). Crossref
  56. N. M. Olekhnovich, A. L. Karpey, A. I. Olekhnovich, and L. D. Puzenkova, Acta Crystallogr. A, 39: 116 (1983). Crossref
  57. J. R. Schneider, R. Bouchard, H. A. Graf, and H. Nagasava, Acta Crystallogr. A, 48, No. 6: 804 (1992). Crossref
  58. V. V. Nemoshkalenko, V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, M. V. Kovalchuk et al., Nucl. Instrum. and Meth. in Physics. A, 308: 294 (1991).
  59. В. В. Кочелаб, В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский, Металлофизика, 13, № 6: 84 (1991).
  60. В. Г. Барьяхтар, Е. Н. Гаврилова, В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский, Металлофизика, 14, № 11: 68 (1992).
  61. З. Г. Пинскер, Рентгеновская кристаллооптика (Москва: Наука: 1982), с. 392.
  62. В. В. Немошкаленко, В. Б. Молодкин, А. И. Низкова, С. И. Олиховский и др., Металлофизика, 14, № 8: 79 (1992).
  63. V. G. Bar’yakhtar, M. V. Kovalchuk, Yu. M. Litvinov, V. V. Nemoshkalenko et al., Nucl. Instrum. and Meth. in Physics. A, 308: 291 (1991).
  64. Е. Н. Гаврилова, Е. Н. Кисловский, В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский, Металлофизика, 14, № 3: 70 (1992).
  65. В. Г. Барьяхтар, В. В. Немошкаленко, В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский и др., Металлофизика, 15, № 12: 18 (1993).
  66. А. П. Шпак, В. Б. Молодкин, С. В. Дмитриев, Е. В. Первак и др., Металлофиз. новейшие технол., 29, № 8: 1009 (2007).
  67. А. П. Шпак, В. Б. Молодкин, С. В. Дмитриев, Е. В. Первак и др., Металлофиз. новейшие технол., 30, № 9 (2008) (в печати).
  68. А. П. Шпак, В. Б. Молодкин, С. В. Дмитриев, Е. В. Первак и др., Металлофиз. новейшие технол., 30, № 10 (2008) (в печати).
  69. L. I. Datsenko, V. I. Khrupa, and E. N. Kislovskii, Phys. Status Solidi A, 68, No. 2: 399 (1981). Crossref
  70. В. И. Хрупа, Е. Н. Кисловский, Л. И. Даценко, Металлофизика, 2, № 4: 55 (1980).
  71. Ф. Н. Чуховский, Металлофизика, 2, № 6: 3 (1980).
  72. В. Б. Молодкин, С. В.Дмитриев, Е. В. Первак, А. А. Белоцкая и др., Металлофиз. новейшие технол., 28,.№ 8: 1077 (2006).
  73. V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, E. N. Kislovskii, I. M. Fodchuk et al., Phys. Stat. Sol. (a), 204, No. 8: 2606 (2007). Crossref
  74. В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский, С. В. Дмитриев, Е. Г. Лень и др., Металлофиз. новейшие технол., 28, № 9: 1177 (2006).
  75. A. P. Shpak, V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, Ye. M. Kyslovskyy et al., Phys. Stat. Sol. (a), 204, No. 8: 2651 (2007). Crossref
  76. V. B. Molodkin, M. V. Kovalchuk, A. P. Shpak, S. I. Olikhovskii et al., Dynamical Bragg and Diffuse Scattering Effects and Implications for Diffractometry in the Twenty-First Century. In: Diffuse Scattering and the Fundamental Properties of Materials (New Jersey: Momentum Press: 2008) (to be published).
  77. V. B. Molodkin, L. I. Datsenko, V. I. Khrupa, M. E. Osinovskii et al., Phys. Metals, 5, No. 6: 1072 (1985).
  78. В. Г. Барьяхтар, А. Н. Гуреев, В. В. Кочелаб, В. Б. Молодкин и др., Металлофизика, 11, № 3: 73 (1989).
  79. А. П. Шпак, В. Б. Молодкин, А. И. Низкова, Успехи физ. мет., 5, № 1: 51 (2004).
  80. В. Б. Молодкин, В. В. Немошкаленко, А. И. Низкова, С. И. Олиховский и др., Металлофиз. новейшие технол., 22, № 3: 3 (2000).
  81. В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский, С. В. Дмитриев, Е. Г. Лень и др., Металлофиз. новейшие технол., 28, № 7: 947 (2006).
  82. В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский, М. Е. Осиновский и др., Металлофиз. новейшие технол., 6, № 3: 7 (1984).
  83. С. Й. Оліховський, Є. М. Кисловський, Т. П. Владімірова, В. Б. Молодкін та ін., Металлофиз. новейшие технол., 29, № 6: 721 (2008).
  84. С. Й. Оліховський, Є. М. Кисловський, В. Б. Молодкін та ін., Металлофиз. новейшие технол., 22, № 6: 3 (2000).
  85. Є. М. Кисловський, С. Й. Оліховський, В. Б. Молодкін, Є. Г. Лень та ін., Металлофиз. новейшие технол., 26, № 9: 1241 (2004).
  86. В. Б. Молодкин, С. И. Олиховский, С. В. Дмитриев, Е. Г. Лень и др., Металлофиз. новейшие технол., 27, № 12: 1659 (2005).
  87. С. Й. Оліховський, В. Б. Молодкін, Л. Г. Ткачук, Металлофиз. новейшие технол., 28, № 9: 1229 (2006).
  88. С. И. Олиховский, В. Б. Молодкин, О. С. Кононенко, А. А. Катасонов и др., Металлофиз. новейшие технол., 29, № 7: 887 (2007).
  89. С. И. Олиховский, В. Б. Молодкин, О. С. Кононенко, А. А. Катасонов и др., Металлофиз. новейшие технол., 29, № 9: 1225 (2007).
  90. С. И. Олиховский, В. Б. Молодкин, А. И. Низкова, О. С. Кононенко и др., Металлофиз. новейшие технол., 29, № 10: 1333 (2007).
  91. В. Б. Молодкин, А. И. Низкова, А. П. Шпак, В. Ф. Мачулин и др., Дифрактометрия наноразмерных дефектов и гетерослоев кристаллов (Киев: Академпериодика: 2005), с. 364.
Цитируется (4)
  1. V. B. Molodkin, A. P. Shpak, M. V. Kovalchuk, V. L. Nosik et al., Crystallogr. Rep. 55, 1122 (2010).
  2. V. V. Lizunov, V. B. Molodkin, S. I. Olikhovskii, S. V. Lizunova et al., Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 37, 265 (2016).
  3. A. P. Shpak, M. V. Kovalchuk, V. B. Molodkin, V. L. Nosik et al., Usp. Fiz. Met. 10, 229 (2009).
  4. V. B. Molodkin, M. V. Kovalchuk, V. F. Machulin, Eh. H. Muhamedjanov et al., Usp. Fiz. Met. 12, 295 (2011).

© 2013–2018 «ИМФ НАН Украины»