Унікальна інформативність дифузної динамічної комбінованої дифрактометрії матеріялів та виробів нанотехнологій

А. П. Шпак$^{1}$, М. В. Ковальчук$^{2}$, І. М. Карнаухов$^{3}$, В. В. Молодкін$^{1}$, Є. Г. Лень$^{1}$, А. І. Нізкова$^{1}$, С. Й. Оліховський$^{1}$, Б. В. Шелудченко$^{1}$, Дж. Е. Айс$^{4}$, Р. І. Барабаш$^{4}$

$^1$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^2$Інститут кристалографії ім. О.В. Шубнікова РАН, Ленінський просп., 59, 119333 Москва, РФ
$^3$Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України, вул. Академічна, 1, 61108 Харків, Україна
$^4$Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, 37831-6118 Tennessee, USA

Отримана: 26.05.2008. Завантажити: PDF

У роботі виконано детальну систематичну аналізу відкритого явища надзвичайної інформативности динамічної картини розсіяння у кристалах з дефектами, встановлено його фізичну природу та можливості практичного використання. Природа цього явища полягає в тім, що в кожнім з рефлексів картини розсіяння при переході від кінематичного до динамічного випадку починають принципово розріжнятися між собою залежності від умов динамічної дифракції Бреґґової та дифузної складових розсіяння, які завжди залишаються однаковими в кінематичній теорії. Ця принципова ріжниця є обумовленою суттєво ріжними значеннями фундаментальних величин факторів розсіяння для Бреґґової і дифузної складових та їх ріжним характером, а саме, для Бреґґової – це усереднені за конфіґураціями дефектів потенціяли розсіяння (періодичні), а для дифузної – флюктуації від середнього потенціялу (неперіодичні). Завдяки цьому відріжняються між собою і динамічні фактори Бреґґової та дифузної екстинкцій, а також інші закономірності прояву ефектів багатократности для Бреґґового та дифузного розсіянь. Встановлено аналітично характер зазначених залежностей, що забезпечило унікальну можливість керування внеском дифузної складової при незмінних характеристиках дефектної структури лише за рахунок цілеспрямованої зміни умов динамічної дифракції. Завдяки тому що вплив дефектів на Бреґґову і дифузну складові картини розсіяння має протилежний характер, тобто вони завжди збільшують дифузну складову, але зменшують Бреґґову, зазначене явище забезпечило можливість керованої зміни результуючого характеру впливу дефектів на картину розсіяння в цілому, за яким і виконується їх діягностика. Це обумовило суттєві зміни самих основ виконаної в рамках кінематичної теорії кількісної та якісної класифікації дефектів за їх впливом на картину розсіяння у випадку їх діягностики в умовах динамічної дифракції. Найбільш важливою перевагою динамічної дифракції виявилося те, що можливість керування внеском дифузної складової розсіяння шляхом цілеспрямованої зміни умов динамічної дифракції радикально підвищила інформативність та забезпечила принципово нові функціональні можливості динамічної дифрактометрії. Ця парадоксальна з точки зору традиційних уявлень інформативність є обумовленою можливістю лише при динамічній дифракції за рахунок зміни умов дифракції реалізувати та комбіновано (спільно) обробити необхідний повний набір незалежних дифракційних експериментів для одного зразка з фіксованою дефектною структурою з метою розв’язання оберненої задачі багатопараметричної діягностики матеріялів та виробів нанотехнологій з декількома типами дефектів. Таким чином, створено нове покоління кристалографії – дифузну динамічну комбіновану дифрактометрію (ДДКД) багатьох типів дефектів у монокристалах і гетерогенних системах.

Ключові слова: динамічна теорія розсіяння Рентґенових лучей, Рентґенова дифрактометрія, діягностика мікродефектів у кристалах, умови дифракції, комбінований підхід.

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


Цитована література (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.
Цитується (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).