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Lern- und Qualifikationsziele
Die Vorlesung soll eine Einführung geben in die Theorie und Praxis der Röntgenbeugung.
Es besteht die Möglichkeit am Ende der Vorlesungszeit ein ca 1-2 tägiges Laborpraktikum am Leibniz-Institut für Kristallzüchtung durchzuführen. In dem Praktikum werden verschiedene in der Vorlesung besprochenen experimentellen Techniken angewendet.
Voraussetzungen
Kenntnisse in Atom- und Festkörperphysik
Gliederung / Themen / Inhalte
1.Einführung, Geschichte, Röntgenquellen
Geschichte der Röntgenstrahlen, Geschichte der Röntgenbeugung, Entstehung von Röntgenstrahlen, Bremsstrahlung, charakteristische Strahlung, Feinstruktur, sonstige Eigenschaften; Stehanoden, Drehanoden, Synchrotronstrahlung, Eigenschaften der SR
2.Überblick über die ’Kinematische’ Beugungs-Theorie
Braggsche Gleichung; Einführung des reziproken Raumes, kinematische Beschreibung der Intensitäten: Streuamplitude; Strukturfaktor; Auslöschungsregeln, Gitterfaktor, Atomformfaktor, Absorption von Röntgenstrahlen
3.Kristallstrukturbestimmung
Grundsätzliche Vorstellung der Methoden (Laue-Geometrie, Drehkristallverfahren, Weißenberg-Geometrie, Diffraktometrie), Phasenproblem, Rechnungen (Patterson-Methode; Grenzen: Leichtatomstrukturen), direkte Methoden
4.Phasenanalyse, Pulverdiffraktometrie, Analyse von Polykristallen
Methoden, Techniken, Auswertung, Datenbasis, Scherrerformel
5.Dynamische Beugungstheorie (2 Vorlesungstage)
Kurze Wiederholung der kinematischen Gleichung(en), Diskussion der dort enthaltenen Näherungen, Darstellen von Phänomenen, die nicht durch kinematische Theorie erklärt werden können; kurzer Umriß der dynamischen Theorie
6.Röntgen-Topographie
Lang-Verfahren, Berg-Barrett-Verfahren, Zwei-Kristalltopographie, 2D-Detektoren
7.Analyse von Schichtsystemen: Hochauflösende Diffraktometrie
Experimentelle Grundlagen, Ewaldkonstruktion, Zweikristall-, Dreikristallanordnung, Du-Mond Diagramm, Dispersionseffekte, Anwendungen auf Schichtsysteme (Schichtdicken, Verspannungen, plastische Relaxation)
8.Analyse von Schichtsystemen: Reflektometrie
Fresnelsche Gleichungen, Dispersion und Absorption, evaneszente Effekte, Rauhigkeit
9.Analyse von Schichtsystemen: Diffuse Streuung an Grenzflächenrauhigkeit
Bornsche Näherung, selbstaffine Modelle für Rauhigkeiten, DWBA, GID
10.Röntgenkleinwinkelstreuung
Form- und Korrelationsfunktion, Guinier-Näherung, Kontraste, Experimentelle Realisierung, GISAXS
11.Diffuse Streuung an Phononen, Punktdefekten und Cluster
Thermischer und statischer Debye-Waller-Faktor, Thermisch diffuse Streuung, Huang -Streuung, Stokes-Wilson Streuung
12.Spektroskopische Methoden
Röntgenfluoreszenzanalyse, Absorptionsspektroskopie EXAFS/XANES, DAFS, stehende Wellen
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| Literatur |
Jens Als-Nielsen, Des McMorrow. Elements of Modern X-Ray Physics . Wiley-VCH, 2. Auflage 2011, ISBN 978-0-470-97394-3
U. Pietsch, V. Holy, und T. Baumbach. High-Resolution X-Ray Scattering from Thin Films and Lateral Nanostructures. Springer, 2. Auflage 2004, ISBN 978-0387400921
L. Spieß et al. Moderne Röntgenbeugung. Teubner, 3. Auflage 2019, ISBN 978-3-519-00522-3
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