Особенности динамической дифракции рентгеновских лучей в сильноизогнутом кристалле Побидайло, Оксана Владимировна

Введение к работе

Актуальность темы. В последние годы получили широкое развитие виды современной техники, основанные на использовании монокристаллов, к правильности кристаллической решетки которых предъявляются очень жесткие требования. Поэтому, совершенствование рентгеновских методов диагностики неидеальных кристаллов является одной из актуальных задач физики твердого тела. При этом, особую важность приобретает проблема диагностики реальных кристаллов с комбинированными типами дефектов, для успешного решения которой требуются дальнейшие теоретические исследования рассеяния рентгеновских лучей реальными кристаллами. Такие исследования могли бы послужить основой для Создания нового подхода к описанию динамической дифракции рентгеновских лучей в кристаллах с комбинированными типами дефектов, поскольку использование для этой цели уже существующих теоретических подходов оказывается малоэффективным. Главным образом это связано со сложным еарактером точного решения уравнений Такаги-Топена, которое было получено-для упруго изогнутого идеального кристалла [1]. Вследствие чего обобщение этого реше» ния на случай реального кристалла с микродефектами представляет большие трудности [2]. Другим, имеющимся на сегодняшний день подходом к решению этой проблемы можно считать подход, предложенный Като и известный как статистическая теория динамического рассеяния рентгеновских лучей [3]. Однако, в этом подходе, как и в зйко-нальком приближении [4,5] возникают проблемы при описании динамического рассеяния рентгеновских лучей в реальных кристаллах с достаточно большим (BzIm¹) градиентом деформации, когда необходимо учитывать сильное межветвевое рассеяние рентгеновских лучей.

Очевидно, что альтернативный вариант решения этой проблемы заключается в создании нового подхода, который позволил бы избежать трудностей, имеющих место в подходах, развитых в [2,3]. Можно полягать, что в новом подходе должно быть- найдено новое физическое понимание процессов мехзетвевого рассеяния рентгеновских лучей в упруго изогнутом идеальном кристалле в случае, когда величина Згім'¹, , что позволило бы получить физически простые результаты не тольхо для слабых, но также и для достаточно сильных деформаций решетки. Такой подход был бы эффетивным для обобщений- на случай реального кристалла с микродефектами, влияние которых на динамическое рас сеяние рентгеновских лучей было детально исследовано в [б].

Поэтому, целью работы являлось дальнейшее развитие динамической теории дифракции рентгеновских лучей в упруго изогнутом совершенном кристалле для случая достаточно больших градиентов деформации.

Научная новизна. В предлагаемой работе были проанализированы новые особенности динамической дифракции рентгеновских лучей в сильно деформированном кристалле. Так, в случае Лауэ-дифракции было установлено, что увеличение асимметрии рассеяния, при достаточно сильных деформациях, приводит к явлению "разглаживания" деформации, т.е. к уменьшению ее влияния на рассеяние рентгеновских лучей. Данный эффект возникает при сокращении области когерентного рассеяния рентгеновских лучей и при деформациях, отвечающих кинематическому режиму дифракции, не зависит от толщины кристалла. Однако, при достаточно сильных деформациях, отвечающих динамическому режиму дифракции, этот эффект может иметь место только для "толстых" кристаллов с толщиной /».5_Х, где 4, - длина

экстинкции рентгеновских лучей в идеальном кристалле.

С помощью нового подхода к анализу процессов межветвевого рассеяния было показано, что межветвевой обмен можно рассматривать как результат динамического взаимодействия эйкональных мод, соответствующих различным .ветвям дисперсионной поверхности. Эти моды являются решениями уравнения Такаги-Ховй-Уэлана в зйконаїьном приближении. Установлено, что межветвевое рассеяние рентгеновских лучей является эффективным только в области кристалла z_Uh, в которой существенно многократное когерентное рассеяние рентгеновских лучей. За пределами этой области межветвевой обмен может приводить лишь к образованию некогерентных, интерференционно гасящихся волн. В случае; кинематической дифракции рентгеновских лучей, в сильно изогнутом кристалле, вследствие малости величины z_M

(z_M « %_t) мєхібєтбєвой обмен будет иметь место только для волн .проходящего пучка, тогда как дпя волн дифрагированного пучка этими процессами можно пренебречь.

Также в работе было показано, что в случае, когда существенно нарушаются условия применимости эйконального приближения, дифракцию рентгеновских лучей в деформированном кристалле можно эффективно рассматривать как кинематическую дифракцию в идеальном тонком кристалле с заменой реальной толщины кристалла / на эф-

фективную tj.. Вследствие чего был сделан вывод о том, что сильные

деформации кристаллической решетки могут, приводить к эффективному отключению некогерентного канала рассеяния рентгеновских лучей.

Научная и практическая цепность. Результаты, полученные в диссертации, могут послужить основой для построения нового подхода к описанию динамической дифракции рентгеновских лучей в кристаллах с комбинированным типом дефектов. Кроме того, развитый в работе подход к описанию динамической дифракции рентгеновских лучей в сильно изогнутом кристалле может быть обобщен и эффективно использован для решения обратной задачи рассеяния рентгеновских лучей реальными кристаллит.

Публикации. По материалах диссертации опубликовано б научных работ, из которых 4 - в специализированных журналах, и 2 - доклады на международной конференции. Основные материалы диссертации опубликованы в работах [1-5] списка публикаций соискателя по теме диссертации.

Личный вклад диссертанта. Исследования, представленные в диссертации, являются результатом самостоятельной работы автора. Диссертант принимал непосредственное участие в разработке новых подходов к описанию ме.кветвевого рассеяния и дифракции рентгеновских лучей в сильно изогнутом кристалле. Кроме того, им была предложена оригинальная геометрическая интерпретация явления "разглаживания" деформации в упруго изогнутом кристалле.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на Международной конференции посвященной методам рентгенографической диагностики несовершенств о кристаллах, применяемых з науке и технике (Черновцы, 1999 г.), на научных семинарах Киевского государственного университета им. Т. Г. Шевченко, Института металлофизики НАН Украины, а также Института физики полупроводников НАН Украины.

На защиту выносятся следующие положения:

1. В сильно изогнутом кристалле, с ростом асимметрии рассеяния происходит увеличение области когерентности, что эффективно

приводит к ослаблению влияния деформации на рассеяние рентгеновских лучей.

1. Межветвевое рассеяние рентгеновских лучей в упруго изогнутом кристалле, являющееся эффективным в области кристалла, в которой существенно многократное когерентное рассеяние, можно рассматривать как результат динамического взаимодействия эйкональных мод, отвечающих различным ветвям дисперсионной поверхности.

2. Сильный изгиб кристаллической решетки, соответствующий кинематическому режиму дифракции, приводит к эффективному отключению некогерентного канала рассеяния рентгеновских лучей.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, трех приложений и заключения, содержит 135 страниц текста, семь рисунков, одну таблицу и список цитированных, источников из 174 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.