Historie a personália
Oddělení strukturní analýzy navazuje na tradice založené profesorem Posejpalem, doktorem Skularim, profesorem Dolejškem a profesorkou Kochanovskou, jejichž vědecká práce byla vždy nějakým způsobem spojena s vývojem metod difrakce rentgenového záření na Karlově univerzitě. Základy současného oddělení strukturní analýzy položil doc. RNDr. Josef Šedivý v roce 1973, kdy vznikla katedra fyziky polovodičů při reorganizaci bývalé katedry fyziky pevných látek. Docent Šedivý byl vedoucím oddělení do roku 1985. Strukturní výzkum se však v rentgenové laboratoři prováděl již v době před druhou světovou válkou, po válce pak pod dohledem a pod vlivem profesora Valoucha a profesorky Kochanovké. Experimentální vybavení na začátku šedesátých let sestávalo z přístroje Mikrometa od firmy Chirana a přístroje firmy Siemens. V obou případech se jednalo o zdroje rentgenového záření a sady komůrek pro registraci difrakčního obrazu fotografickou metodou. Jediným difraktometrem na pracovišti byl difraktometr URS sovětské výroby s ionizačním detektorem záření. K trvale zaměstnaným pracovníkům patřili tehdy dva odborní asistenti, jeden technik a jedna laborantka. V současné době pracuje v oddělení strukturní analýzy jeden profesor, dvě odborné asistenky, dva vědečtí pracovníci a jedna odborná pracovnice se speciálním zaměřením na chemii a na metody rentgenové strukturní analýzy. Změny v přístrojovém vybavení, v zaměření vědecké práce a v personálním obsazení oddělení od roku 1992 do současnosti naleznete v Annual Reports.
Vědecká činnost
Dřívější zařazení oddělení na katedru fyziky pevných látek předurčilo základní zaměření vědecké práce na aplikace strukturní analýzy při studiu fyzikálních vlastností kovů a polovodičů, obecně pak na materiálový výzkum polykrystalických látek. Tento trend v zásadě přetrvává až do současné doby. Prvním větší vědecký projekt oddělení byl zaměřen na studium teplotních kmitů atomů v polykrystalických vzorcích stříbra, mědi, hořčíku, slitin hořčíku a kadmia, slitin stříbra s kadmiem a zinkem. Pozdější zaměření na materiály práškové metalurgie vedlo ke studiu teplotních kmitů atomů v karbidech a nitridech přechodových kovů. Tyto studie se postupně rozšiřovaly i na jiné materiály, jako je tellur a krystaly CuCl, pro jejich anizotropní a antisymetrické charakteristiky teplotního pohybu atomů kolem rovnovážných poloh. Výzkum teplotních kmitů atomů byl též spojen se zkoumáním povahy a pevnosti meziatomových vazeb, které bylo později rozšířeno i o přímější analýzu vazebných charakteristik studiem přerozdělení elektronové hustoty atomů vlivem vazeb ( tzv. deformačních elektronových hustot). Otázkám meziatomových vazeb byly také věnovány poloteoretické práce zaměřené na vysvětlení známých empirických vztahů mezi fyzikálními veličinami, které se nám podařilo vysvětlit z prvních prinipů pomocí tzv. normovaných potenciálových jam párové interakce atomů.
Od roku 1985 se hlavní výzkum oddělení zaměřil na studium struktury tenkých vrstev. Tento proud, v poslední době specializovaný též na multivrstevné struktury, přetrvává až do dneška. Za hlavní přínos v této oblasti pokládáme zjištění vlivu pikostruktury (tj. odchylek reálné struktury tenkých vrstev od rovnovážné objemové struktury ve škále pikometrů) na vlastnosti tenkých vrstev, převážně zkoumaných na příkladu tvrdých a otěruvzdorných vrstev TiN ve spolupráci s laboratoří prof. J. Musila z Fyzikálního ústavu AV ČR. Rovněž byla poprvé zjištěna, popsána a zčásti vysvětlena směrová závislost pikostruktury tenkých vrstev. Při studiu jemných strukturních efektů v práškových a polykrystalických vzorcích se ukázal být zásadním jev přednostní orientace krystalitů (textura). Tento efekt ovlivňuje registrovanou intenzitu reflexí od polykrystalických vzorků. I když nejsme specialisty v této oblasti, byli jsme donuceni najít vhodné a přesné korekční postupy. V posledních letech jsme tuto zkušenost uplatnily i při studiu tenkých vrstev, které jsou většinou silně texturované. Zavedli jsme metodu zvanou Joint Texture Refinement a parciální faktory četnosti pro popis vlivu textury na intenzity reflexí. K metodickým příspěvkům v oblasti studia reálné struktury látek patří též odvození tzv. orientačních faktorů pro výpočet hustoty dislokací z analýzy profilů difrakčních čar. Při výzkumu multivrstevných struktur, především kovových magnetických multivrstev, využíváme zařízení a spolupracujeme s pracovníky laboratoře ROTAN Fyzikálního ústavu AV ČR, v teoretické oblasti spolupracujeme s docentem V. Holým z Masarykovy univerzity v Brně.
Další oblastí naší činnosti je studium difúzních procesů. Několik dřívějších prací bylo zaměřeno na studium intedifúze v práškových vzorcích, v současné době jsou systematicky vyšetřovány fázové trasformace a vznik různých krystalických fází v systémech karbidů a nitridů přechodových kovů při reaktivních difúzních procesech. Do této oblasti patří také výzkum struktury cermetů. Pozornost byla zaměřena též na výzkum látek s pozoruhodnými strukturami a významnými fyzikálními vlastnostmi, například výzkum struktury vysokoteplotních supravodičů, výzkum struktury a vlastností interkalátů, fullerénů, slunečních článků na bázi CdTe, cermetů z uhlíkatých sloučenin, nanokrystalických materiálů (Ge), tenkých kovových vrstev a vrstev oxidů, nitridů a organických materiálů (polyethylen). Podíleli jsme se na výzkumu složení prachových částic odebraných ze vzduchu z různých výšek nad zemským povrchem.
Ze softwarových produktů naší laboratoře uveďme program PROFIT (jedna z prvních verzí simulace a analýzy celého difrakčního obrazu polykrystalických materiálů), jeho podstatně kvalitnější a uživatelsky pohodlnější verzi DIFPATAN, program VIEW pro grafické znázornění atomových struktur a pro výuku krystalografie, program ANCOR pro úhlovou korekci měření na Seemannově-Bohlinově difraktometru pro tenké vrstvy, úpravy programu POWLS a Rietveldova programu DBWS9006 pro analýzu texturovaných vzorků a pro měření v asymetrickém uspořádání (např. v Guinierově či Seemanově-Bohlinově uspořádání) nebo při nakloněných vzorcích či ukloněných texturách. Pro analýzu křivek reflektivity a interpretaci vysokoúhlových dat změřených na multivrstevných strukturách byl vytvořen modelově a výpočetně flexibilní program MUSIX.
Pedagogická činnost
Posluchačům třetího ročníku zaměření fyzika pevných látek je určena povinná přednáška Struktura látek a difrakce záření (3/2), demonstrační úlohy metod rtg strukturní analýzy a vedení seminárních prací. Podílíme se na přednášce Experimentální metody biofyziky. Ve vyšších ročnících nabízíme Seminář strukturní analýzy a výběrové přednášky Struktura tenkých vrstev a povrchů, Aplikovaná krystalografie, Rtg studium reálné struktury materiálů, Přehled moderních analytických metod, Práce v prostředí MATLAB ??? Externími pracovníky zajišťujeme přednášky Metody řešení krystalových struktur (dr. V. Petříček), Difrakce záření dokonalými krystaly (dr. Z. Šourek) a Struktura povrchů (doc. I. Bartoš). Vydali jsme čtyři tituly skript pro studenty a učebnici Základy strukturní analýzy.
Další činnost
Laboratoř strukturní analýzy organizovala ve spolupráci s mezinárodním střediskem pro difrakční data (ICDD) čtyři laboratorní testy typu Round Robin zaměřené na citlivost rentgenových difraktometrů, přesnost měření intenzit, přesnost a reprodukovatelnost analýz pomocí Rietveldova programu a na účinnost metod stanovení kvantitativního obsahu složek ve směsích. Přispěli jsme kapitolou Radiations Used in Crystallography do mezinárodních krystalografických tabulek (International Tables for Crystallography, Vol.C, 1992). Pracovníci laboratoře jsou aktivní v organizační práci Krystalografické společnosti, kde jsme se podíleli na organizaci tří mezinárodních konferencí a na přípravě mnoha jednodenních akcí i týdenních seminářů.
Mezinárodní spolupráce
Spolupracujeme s kolegy na univerzitních pracovištích ve Vídni, Regensburku, Helsinkách, Frascati, Grenoblu, Medounu a v Ženevě (dříve též v Amsterodamu, Mnichově, Freibergu, San Diegu a Blacksburgu).
V. Valvoda
-
Katedra
fyziky kondenzovaných látek
Krystalograficka spolecnost
Posledni modifikace stranky : 17. 11. 1996
Spravce stranky
