विवर्तन स्थलाकृति

Not to be confused with Diffraction tomography.

विवर्तन स्थलाकृति (संक्षिप्त में स्थलाकृति) ब्रैग विवर्तन पर आधारित क्वांटम बीम इमेजिंग तकनीक है।

विवर्तन स्थलाकृतिक छवियां (स्थलाकृतियां) क्रिस्टल द्वारा विवर्तित एक्स-रे (या न्यूट्रॉन) के बीम की तीव्रता प्रोफ़ाइल रिकॉर्ड करती हैं।

स्थलाकृति इस प्रकार परावर्तित एक्स-रे की द्वि-आयामी स्थानिक तीव्रता मानचित्रण का प्रतिनिधित्व करती है, अर्थात लाउ प्रतिबिंब की स्थानिक स्पष्ट संरचना का प्रतिनिधित्व करती है।

यह तीव्रता मानचित्रण क्रिस्टल के अंदर प्रकीर्णन शक्ति के वितरण को दर्शाता है, स्थलाकृतियां इसलिए गैर-आदर्श क्रिस्टल जाली में अनियमितताओं को प्रकट करती हैं।

एक्स-रे विवर्तन स्थलाकृति एक्स-रे इमेजिंग का रूप है, जो अवशोषण कंट्रास्ट के अतिरिक्त विवर्तन कंट्रास्ट का उपयोग करता है जो सामान्यतः रेडियोग्राफी और कंप्यूटेड टोमोग्राफी (सीटी) में उपयोग किया जाता है। न्यूट्रॉन प्रकीर्णन और अन्य क्वांटम बीम के साथ स्थलाकृति का उपयोग कम विस्तार के लिए किया जाता है। इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी समुदाय में, प्रकार की तकनीक को डार्क फील्ड इमेजिंग या विवर्तन कंट्रास्ट इमेजिंग कहा जाता है।

स्थलाकृति का उपयोग क्रिस्टल की गुणवत्ता के संरक्षण और विभिन्न क्रिस्टलीय सामग्रियों में दोषों को देखने के लिए किया जाता है।

उत्पादन संरक्षण और प्राप्त क्रिस्टल गुणवत्ता के लिए नई क्रिस्टल उत्पादन विधियों का विकास करते समय और पुनरावृत्त रूप से विकास की स्थिति का अनुकूलन करने के लिए यह सहायक सिद्ध हुआ है|

विभिन्न स्तिथियों में, स्थलाकृति को प्रतिरूप प्रस्तुत किए बिना अथवा हानि पहुंचाए बिना प्रस्तावित किया जा सकता है, इसलिए यह गैर-विनाशकारी परीक्षण का रूप है।

इतिहास

1895 में विल्हेम रॉन्टगन द्वारा एक्स-रे के अविष्कार के पश्यात, और लाउ और विलियम हेनरी ब्रैग परिवार द्वारा एक्स-रे विवर्तन के सिद्धांतों के शोध के पश्यात भी, विवर्तन इमेजिंग के लाभों को पूर्णतयः प्रमाणित करने में और प्रथम उपयोगी प्रयोगात्मक तकनीकों को विकसित करने में कई दशक लग गए। 1940 के दशक के प्रारम्भ से प्रयोगशाला स्थलाकृति तकनीकों की प्रथम व्यवस्थित रिपोर्ट। 1950 और 1960 के दशक में, स्थलाकृतिक जांच ने दोषों की प्रकृति ज्ञात करने और अर्धचालक माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक के लिए सामग्री के रूप में जर्मेनियम और सिलिकॉन के लिए क्रिस्टल विकास विधियों में सुधार करने में भूमिका निभाई थी।

स्थलाकृति के ऐतिहासिक विकास के अधिक विस्तृत विवरण के लिए, जे.एफ. केली का एक्स-रे विवर्तन स्थलाकृति का संक्षिप्त इतिहास देखें।

1970 के दशक के सम्बन्ध में, स्थलाकृति सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे स्रोतों के आगमन से लाभान्वित हुई, जो अधिक तीव्र एक्स-रे बीम प्रदान करती है, जिससे कम एक्सपोज़र समय, उत्तम कंट्रास्ट, उच्च स्थानिक रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करने और छोटे प्रतिरूपों या तीव्रता से परिवर्तित घटनाओं की जांच करने की अनुमति मिलती है।

स्थलाकृति के प्रारंभिक अनुप्रयोग मुख्य रूप से धातु विज्ञान के क्षेत्र में थे, जो विभिन्न धातुओं के उत्तम क्रिस्टल के उत्पादन को नियंत्रित करते थे। स्थलाकृति को अर्धचालकों और सामान्यतः माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक सामग्री के लिए विस्तारित किया गया था। संबंधित क्षेत्र एक्स-रे ऑप्टिक्स के लिए सामग्रियों और उपकरणों की जांच है, जैसे कि सिलिकॉन, जर्मेनियम या डायमंड से बने मोनोक्रोमेटर क्रिस्टल, जिन्हें उपयोग करने से पूर्व दोषों की जांच करने की आवश्यकता होती है। कार्बनिक क्रिस्टल के लिए स्थलाकृति के विस्तार अन्य प्रकार के हैं।

स्थलाकृति वर्तमान में सेमीकंडक्टर वेफर्स सहित किसी भी प्रकार के वॉल्यूम क्रिस्टल पर, पतली परतों पर, संपूर्ण इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ-साथ प्रोटीन क्रिस्टल और कार्बनिक पदार्थों पर भी प्रस्तावित होती है।

स्थलाकृति का मूल सिद्धांत

विवर्तन स्थलाकृति का मूल कार्य सिद्धांत इस प्रकार है-

घटना, स्थानिक रूप से विस्तारित बीम (अधिकांशतः एक्स-रे, या न्यूट्रॉन) प्रतिरूप पर टकराती है।

बीम या तो मोनोक्रोमैटिक हो सकती है, अर्थात एक्स-रे या न्यूट्रॉन, या पॉलीक्रोमैटिक के एकल तरंगदैर्ध्य से युक्त होती है, अर्थात तरंग दैर्ध्य (श्वेत बीम स्थलाकृति) के मिश्रण से बनी होती है। इसके अतिरिक्त, घटना किरण या तो समानांतर हो सकती है, जिसमें मात्र एक ही दिशा में प्रसार करने वाली किरणें होती हैं, या विचलन/अभिसरण, प्रसार के कई और अधिक भिन्न-भिन्न दिशाएं होती हैं।

जब किरण क्रिस्टलीय प्रतिरूप से टकराती है, तो ब्रैग विवर्तन होता है, अर्थात घटना की लहर परमाणुओं द्वारा प्रतिरूप के कुछ जाली विमानों पर परिलक्षित होती है, इस प्रतिज्ञा पर कि यह उन विमानों को उचित ब्रैग कोण पर मारता है।

प्रतिरूप से विवर्तन या तो परावर्तन ज्यामिति (ब्रैग केस) में हो सकता है, जिसमें बीम सतह के माध्यम से प्रवेश करती है और छोड़ती है, या ट्रांसमिशन ज्यामिति (लाउ केस) में होती है।

विवर्तन विवर्तित बीम को उत्पन्न करता है, जो प्रतिरूप को छोड़ देगा और प्रकीर्णन कोण 2θB द्वारा घटना की दिशा से भिन्न दिशा के साथ प्रचार करेगा|

विवर्तित बीम का अनुप्रस्थ काट आपतित बीम के समान हो भी सकता है और नहीं भी सकता है। अत्यधिक असममित प्रतिबिंबों की स्तिथि में, बीम का आकार (विवर्तन तल में) अधिक विस्तारित या संकुचित होता है, यदि घटना कोण निकास कोण से अधिक छोटा होता है, और इसके विपरीत विस्तार होता है। इस बीम विस्तार से स्वतंत्र रूप से, छवि आकार के लिए प्रतिरूप आकार का संबंध एकमात्र निकास कोण द्वारा दिया जाता है| निकास सतह के समानांतर प्रतिरूप सुविधाओं का स्पष्ट पार्श्व आकार छवि में निकास कोण के प्रक्षेपण प्रभाव से घटाया जाता है।

सजातीय प्रतिरूप (नियमित क्रिस्टल जाली के साथ) टोपोग्राफ (सपाट छवि) में सजातीय तीव्रता वितरण प्राप्त करेगा। तीव्रता मॉड्यूलेशन (स्थलाकृतिक विपरीत) क्रिस्टल जाली में अनियमितताओं से उत्पन्न होते हैं, जो विभिन्न प्रकार के दोषों से उत्पन्न होते हैं जैसे-

• रिक्तियों और क्रिस्टल में समावेशन
• चरण सीमाएँ (विभिन्न क्रिस्टलोग्राफिक चरण के क्षेत्र, पॉलीटाइप, ...)
• दोषपूर्ण क्षेत्र, गैर-क्रिस्टलीय (अनाकार) क्षेत्र / समावेशन
• दरारें, सतह खरोंच
• स्टैकिंग दोष
• अव्यवस्था बंडल
• अनाज की सीमाएँ, डोमेन की दीवारें
• विकास स्ट्राइप्स
• बिंदु दोष या दोष समूह
• क्रिस्टल विरूपण
• तनाव क्षेत्र

अव्यवस्थाओं जैसे दोषों की कई स्तिथियों में, स्थलाकृति स्वयं दोषों (अव्यवस्था कोर की परमाणु संरचना) के प्रति सीधे संवेदनशील नहीं होती है, किन्तु मुख्य रूप से दोष क्षेत्र के आसपास के तनाव क्षेत्र के लिए होती है।

सिद्धांत

एक्स-रे स्थलाकृति में विपरीत गठन के सैद्धांतिक विवरण, विवर्तन के गतिशील सिद्धांत पर आधारित हैं। यह रूपरेखा स्थलाकृतिक छवि निर्माण के कई पहलुओं जैसे क्रिस्टल में एक्स-रे वेवफील्ड का प्रवेश, क्रिस्टल के अंदर वेवफील्ड का प्रसार, क्रिस्टल दोषों के साथ वेवफील्ड की परस्पर क्रिया, स्थानीय जाली उपभेदों द्वारा वेवफील्ड प्रसार में परिवर्तन, विवर्तन, एकाधिक प्रकीर्णन, अवशोषण के विवरण में सहायक है।

इसलिए सिद्धांत अधिकांशतः क्रिस्टल दोषों की स्थलाकृतिक छवियों की व्याख्या में सहायक होता है। दोष की त्रुटिहीन प्रकृति अधिकांशतः देखी गई छवि सरलता से नहीं निकाली जा सकती (यानी, पीछे की गणना असंभव है)। इसके अतिरिक्त, किसी को दोष की संरचना के सम्बन्ध में धारणाएं बनानी पड़ती हैं, अनुमानित संरचना (सिद्धांत के आधार पर आगे की गणना) से काल्पनिक छवि को निकालना पड़ता है, और प्रयोगात्मक छवि के साथ तुलना करना पड़ता है। यदि दोनों के मध्य मेल उचित नहीं है, तो पर्याप्त पत्राचार होने से पूर्व मान्यताओं को परिवर्तित करना होगा। सैद्धांतिक गणना, और विशेष रूप से इस सिद्धांत पर आधारित कंप्यूटर द्वारा संख्यात्मक सिमुलेशन, इस प्रकार स्थलाकृतिक छवियों की व्याख्या के लिए मूल्यवान उपकरण हैं।

विपरीत तंत्र

सजातीय बीम द्वारा प्रकाशित पूर्णतयः नियमित जाली के साथ समान क्रिस्टल की स्थलाकृतिक छवि समान (कोई विपरीत नहीं) है। कंट्रास्ट तब उत्पन्न होता है जब जाली की विकृतियाँ (दोष, झुके हुए क्रिस्टलीय, तनाव) होती हैं| जब क्रिस्टल विभिन्न सामग्रियों या चरणों से बना होता है या जब क्रिस्टल की मोटाई छवि डोमेन में परिवर्तित होती है।

संरचना कारक विपरीत

क्रिस्टलीय सामग्री की विवर्तन शक्ति, और इस प्रकार विवर्तित बीम की तीव्रता, क्रिस्टल यूनिट सेल के अंदर परमाणुओं के प्रकार और संख्या के साथ परिवर्तित होती है। यह तथ्य मात्रात्मक रूप से संरचना कारक द्वारा व्यक्त किया गया है। विभिन्न सामग्रियों के भिन्न-भिन्न संरचना कारक होते हैं, और इसी प्रकार सामग्री के विभिन्न चरणों के लिए (उदाहरण के लिए कई भिन्न-भिन्न अंतरिक्ष समूहों में क्रिस्टलीकरण करने वाली सामग्री के लिए) होते हैं। स्थानिक रूप से आसन्न डोमेन में सामग्रियों/चरणों के मिश्रण से निर्मित प्रतिरूपों में, इन डोमेन की ज्यामिति को स्थलाकृति द्वारा हल किया जा सकता है। यह सत्य है, उदाहरण के लिए, जुड़वा क्रिस्टल, फेरोइलेक्ट्रिक डोमेन और कई अन्य लोगों के लिए भी।

ओरिएंटेशन कंट्रास्ट

जब क्रिस्टल भिन्न-भिन्न जाली अभिविन्यास के साथ क्रिस्टलीय से बना होता है, तो स्थलाकृतिक विपरीत उत्पन्न होता है- विमान-तरंग स्थलाकृति में, मात्र चयनित क्रिस्टलीय विवर्तक स्थिति में होंगे, इस प्रकार छवि के कुछ खण्डों में विचलित तीव्रता उत्पन्न होती है। प्रतिरूप घुमाने पर, ये अदृश्य हो जाएंगे, और अन्य क्रिस्टलीय नए स्थलाकृति में दृढ़ता से विवर्तक के रूप में दिखाई देंगे। श्वेत-बीम स्थलाकृति में, सभी अनुचित क्रिस्टलीय साथ विवर्तित होंगे (प्रत्येक एक अलग तरंग दैर्ध्य पर)। चूँकि, संबंधित विचलित बीम के निकास कोण भिन्न-भिन्न होंगे, जिससे बढ़ी हुई तीव्रता के अतिव्यापी क्षेत्रों के साथ-साथ छवि में छाया भी हो सकती है, इस प्रकारपुनः विपरीतता उत्पन्न होती है।

जबकि झुके हुए क्रिस्टलीय, डोमेन की दीवारों, अनाज की सीमाओं आदि की स्तिथियों में अभिविन्यास विपरीत मैक्रोस्कोपिक स्तर पर होता है, इसे स्थानीय रूप से दोषों के निकट भी उत्पन्न किया जा सकता है। जैसे-अव्यवस्था कोर के चारों ओर घुमावदार जालीदार विमानों के कारण।

विलुप्त होने के विपरीत

अन्य प्रकार का स्थलाकृतिक विलोपन विपरीत अधिक जटिल है। जबकि उपरोक्त दो संस्करण ज्यामितीय सिद्धांत (मूल रूप से, ब्रैग नियम) या एक्स-रे विवर्तन के किनेमेटिकल सिद्धांत के आधार पर सरल शब्दों में शोध किये जा सकते हैं, विलुप्त होने के विपरीत को गतिशील सिद्धांत के आधार पर समझा जा सकता है।

गुणात्मक रूप से, विलोपन विपरीत उत्पन्न होता है उदाहरण- जब प्रतिरूप की मोटाई, संबंधित विलुप्त होने की लंबाई (ब्रैग केस) या पेंडेलोसंग लंबाई (लाउ केस) की तुलना में, छवि में परिवर्तित हो जाती है। इस स्तिथि में, भिन्न-भिन्न मोटाई के क्षेत्रों से भिन्न-भिन्न बीम, विलुप्त होने की भिन्न-भिन्न डिग्री का सामना करने के पश्च्यात, एक ही छवि के भीतर दर्ज किए जाते हैं, जिससे विपरीतता उत्पन्न होती है। स्थलाकृतिकों ने रैखिक रूप से भिन्न मोटाई के पच्चर के आकार के प्रतिरूपों का अध्ययन करके इस आशय की व्यवस्थित रूप से जांच की है, जिससे गतिशील सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की गई प्रतिरूप मोटाई पर विवर्तित तीव्रता की निर्भरता को छवि में सीधे रिकॉर्ड करने की अनुमति मिलती है।

मात्र मोटाई में परिवर्तन के अतिरिक्त, विलोपन विपरीत तब भी उत्पन्न होता है जब क्रिस्टल के खंड भिन्न-भिन्न शक्तियों के साथ विवर्तित होते हैं, या जब क्रिस्टल में विकृत (तनावग्रस्त) क्षेत्र होते हैं।

विकृत क्रिस्टल में विलुप्त होने के विपरीत के समग्र सिद्धांत के लिए शासी मात्रा को प्रभावी दुर्बलता कहा जाता है|

$\Delta \theta ({\vec {r}})={\frac {1}{{\vec {h}}\cdot \cos \theta _{B}}}{\frac {\partial }{\partial s_{\vec {h}}}}\left[{\vec {h}}\cdot {\vec {u}}({\vec {r}})\right]$

जहाँ ${\vec {u}}({\vec {r}})$ विस्थापन सदिश क्षेत्र है, और ${\vec {s}}_{0}$ और ${\vec {s}}_{h}$ क्रमशः घटना और विवर्तित किरण की दिशाएँ हैं।

इस प्रकार, विभिन्न प्रकार की गड़बड़ी को समतुल्य मिथ्याकरण मूल्यों में अनुवादित किया जाता है, और विपरीत गठन को अभिविन्यास विपरीत के अनुरूप समझा जा सकता है।

उदाहरण के लिए, संपीडित तनाव की सामग्री को अपरिवर्तित तरंग दैर्ध्य पर विवर्तन के लिए बड़े ब्रैग कोणों की आवश्यकता होती है। इसकी भरपाई करने और विवर्तन की स्थिति तक पहुंचने के लिए, प्रतिरूप को घुमाने की आवश्यकता होती है, उसी प्रकार जैसे कि जाली झुकाव की स्तिथि में होती है।

कंट्रास्ट पर झुकाव और तनाव के संयुक्त प्रभाव को ध्यान में रखते हुए सरल और अधिक पारदर्शी सूत्र निम्नलिखित है-

$\Delta \theta ({\vec {r}})=-\tan \theta _{B}{\frac {\Delta d}{d}}({\vec {r}})\pm \Delta \varphi ({\vec {r}})$

दोषों की दृश्यता; दोष छवियों के प्रकार

सिद्धांत के अनुसार स्थलाकृतिक छवियों में दोषों की दृश्यता पर चर्चा करने के लिए, एकल अव्यवस्था के अनुकरणीय स्तिथि पर विचार करें| यह स्थलाकृति में विपरीतता को उत्पन्न करेगा, यदि विवर्तन में सम्मिलित जाली विमान किसी प्रकार अव्यवस्था के अस्तित्व से विकृत हो जाते हैं। किनारे की अव्यवस्था के स्तिथि में यह सत्य है यदि उपयोग किए गए ब्रैग प्रतिबिंब का प्रकीर्णन वेक्टर अव्यवस्था के बर्गर वेक्टर के समानांतर है, या कम से कम अव्यवस्था रेखा के लंबवत विमान में घटक है, किन्तु अव्यवस्था रेखा के लिए यह समानांतर नहीं है। पेंच अव्यवस्था की स्तिथि में, प्रकीर्णन वेक्टर में बर्गर्स वेक्टर के साथ घटक होना चाहिए, जो अब विस्थापन रेखा के समानांतर है। अंगूठे के नियम के रूप में, स्थलाकृति में अव्यवस्था अदृश्य होगी यदि वेक्टर उत्पाद

$\mathbf {g} \cdot \mathbf {b}$

शून्य है।

(अधिक त्रुटिहीन नियम को स्क्रू और एज डिस्लोकेशन के मध्य अंतर करना होगा और डिस्लोकेशन रेखा $l$ की दिशा भी लेनी होगी विवरण में - उदाहरण देखें [1]।)

यदि कोई दोष दिखाई देता है, तो अधिकांशतः स्थलाकृतिक पर न मात्र एक, किन्तु इसके कई भिन्न-भिन्न चित्र दिखाई देते हैं। सिद्धांत एकल दोषों की तीन छवियों तथाकथित प्रत्यक्ष छवि, कीनेमेटिकल छवि और मध्यस्थ छवि की भविष्यवाणी करता है|विवरण के लिए उदाहरण देखें। (लेखक 2003)।

स्थानिक संकल्प; सीमित प्रभाव

स्थलाकृतिक छवियों में प्राप्त होने वाले स्थानिक रिज़ॉल्यूशन को तीन कारकों- डिटेक्टर का रिज़ॉल्यूशन (अनाज या पिक्सेल आकार), प्रायोगिक ज्यामिति और आंतरिक विवर्तन प्रभाव द्वारा सीमित किया जा सकता है|

सर्वप्रथम, छवि का स्थानिक संकल्प स्पष्ट रूप से अनाज के आकार (फिल्म की स्तिथि में) या पिक्सेल आकार (डिजिटल डिटेक्टरों की स्तिथि में) से उचित नहीं हो सकता है जिसके साथ इसे रिकॉर्ड किया गया था। यही कारण है कि स्थलाकृति के लिए वर्तमान में उपलब्ध न्यूनतम पिक्सेल आकार के उच्च-रिज़ॉल्यूशन के एक्स-रे फिल्मों या सीसीडी कैमरों की आवश्यकता होती है। दूसरे, ज्यामितीय प्रक्षेपण प्रभाव से रिज़ॉल्यूशन को अतिरिक्त रूप से धुंधला किया जा सकता है। यदि प्रतिरूप का बिंदु अन्यथा अपारदर्शी मुखौटा में छेद है, तो एक्स-रे स्रोत, परिमित पार्श्व आकार S के सूत्र द्वारा दिए गए परिमित छवि डोमेन पर छेद के माध्यम से प्रतिबिम्बित होता है।

$\Delta x=S\cdot {\frac {d}{D}}={\frac {S}{D}}\cdot d$

जहाँ I छवि तल में प्रतिरूप बिंदु की छवि का फैलाव है, D स्रोत से प्रतिरूप की दूरी है, और d प्रतिरूप से छवि की दूरी है। अनुपात S/D कोण (रेडियन में) से मिलता है जिसके अंतर्गत प्रतिरूप की स्थिति से स्रोत प्रकट होता है (कोणीय स्रोत आकार, प्रतिरूप बिंदु पर घटना विचलन के समान)। प्राप्त करने योग्य संकल्प इस प्रकार छोटे स्रोतों, बड़े प्रतिरूप दूरी और छोटे डिटेक्टर दूरी के लिए सर्वोत्तम है। यही कारण है कि स्थलाकृति के प्रारंभिक दिनों में डिटेक्टर (फिल्म) को प्रतिरूप के अधिक निकट रखने की आवश्यकता थी, मात्र सिंक्रोट्रॉन में, उनके छोटे S और बड़े D के साथ, अंततः D के बड़े मूल्यों को वहन किया जा सकता है, जो स्थलाकृति प्रयोगों में अत्यधिक लचीलेपन का परिचय देता है।

तीसरा, त्रुटिहीन डिटेक्टरों और आदर्श ज्यामितीय स्थितियों के साथ विशेष कंट्रास्ट सुविधाओं की दृश्यता, जैसे कि एकल विस्थापन की छवियां, विवर्तन प्रभावों द्वारा अतिरिक्त रूप से सीमित की जा सकती हैं।

पूर्ण क्रिस्टल मैट्रिक्स में अव्यवस्था मात्र उन क्षेत्रों में विपरीतता को उत्पन्न करती है जहाँ क्रिस्टल जाली का स्थानीय अभिविन्यास ब्रैग प्रतिबिंब की डार्विन चौड़ाई के विपरीत औसत अभिविन्यास से भिन्न होता है। एक्स-रे विवर्तन के गतिशील सिद्धांत द्वारा मात्रात्मक विवरण प्रदान किया गया है। परिणामस्वरूप किसी भी प्रकार काउंटर-सहज रूप से अव्यवस्था छवियों की चौड़ाई संकुचित हो जाती है जब संबंधित रॉकिंग वक्र बड़े होते हैं। इस प्रकार, निम्न विवर्तन क्रम के दृढ प्रतिबिंब स्थलाकृतिक इमेजिंग के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हैं। वे स्थलाकृतिकों को अव्यवस्थाओं की संकीर्ण, उचित प्रकार से हल की गई छवियों को प्राप्त करने की अनुमति देते हैं और सामग्री में अव्यवस्था घनत्व के उच्च होने पर भी एकल अव्यवस्थाओं को भिन्न करने की अनुमति देते हैं। अधिक प्रतिकूल स्तिथियों में (शक्तिहीन, उच्च-क्रम प्रतिबिंब, उच्च फोटॉन ऊर्जा), अव्यवस्था छवियां व्यापक, विस्तृत होती हैं और उच्च और मध्यम अव्यवस्था घनत्व के लिए ओवरलैप होती हैं। अत्यधिक आदेशित, दृढ़ता से विवर्तक सामग्री - जैसे खनिज या अर्धचालक सामान्यतः अप्रमाणिक होते हैं, जबकि स्थलाकृतिक इमेजिंग के लिए प्रोटीन क्रिस्टल विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण हैं।

प्रतिबिंब की डार्विन चौड़ाई के अतिरिक्त, एकल अव्यवस्था छवियों की चौड़ाई अतिरिक्त रूप से अव्यवस्था के बर्गर वेक्टर पर निर्भर हो सकती है, अर्थात इसकी लंबाई और इसकी अभिविन्यास (प्रकीर्णन वेक्टर के सापेक्ष) और समतल तरंग स्थलाकृति में, त्रुटिहीन ब्रैग कोण से कोणीय प्रस्थान पर निर्भर हो सकती है। निर्भरता पारस्परिकता नियम का पालन करती है, जिसका अर्थ है कि कोणीय दूरी बढ़ने पर अव्यवस्था की छवियां विपरीत रूप से संकरी हो जाती हैं। संकीर्ण अव्यवस्था छवियों को प्राप्त करने के लिए तथाकथित शक्तिहीन बीम की स्थिति इस प्रकार अनुकूल है।

प्रायोगिक प्राप्ति - इंस्ट्रूमेंटेशन

स्थलाकृतिक प्रयोग करने के लिए उपकरणों के तीन समूहों की आवश्यकता होती है- एक्स-रे स्रोत, संभावित रूप से उपयुक्त एक्स-रे ऑप्टिक्स सहित, प्रतिरूप जोड़तोड़ (डिफ्रेक्टोमीटर) के साथ प्रतिरूप चरण और द्वि-आयामी समाधान डिटेक्टर (अधिकांशतः एक्स-रे फिल्म या कैमरा) की आवश्यकता होती है।

एक्स-रे स्रोत

स्थलाकृति के लिए उपयोग किया जाने वाला एक्स-रे बीम, एक्स-रे स्रोत सामान्यतः या तो प्रयोगशाला एक्स-रे ट्यूब (स्थिर या घूर्णन) अथवासिंक्रोटॉन स्रोत द्वारा उत्पन्न होता है। उत्तरार्द्ध अपनी उच्च बीम तीव्रता, कम विचलन और इसके निरंतर तरंग दैर्ध्य स्पेक्ट्रम के कारण लाभ प्रदान करता है। एक्स-रे ट्यूब अभी भी उपयोगी हैं, चूँकि, सरल पहुंच और निरंतर उपलब्धता के कारण, और अधिकांशतः नमूनों की प्रारंभिक जांच और नए कर्मचारियों के प्रशिक्षण के लिए उपयोग किया जाता है।

श्वेत बीम स्थलाकृति के लिए, अधिक की आवश्यकता नहीं होती है: अधिकांशतः, बीम के आकार को त्रुटिहीन रूप से परिभाषित करने के लिए स्लिट्स का सेट और (उचित प्रकार से पॉलिश) वैक्यूम निकास खिड़की पर्याप्त होगी। उन स्थलाकृति तकनीकों के लिएएकरंगा एक्स-रे बीम की आवश्यकता होती है, अतिरिक्त क्रिस्टल मोनोक्रोमेटर अनिवार्य है। सिंक्रोट्रॉन स्रोतों पर विशिष्ट विन्यास दो सिलिकॉन क्रिस्टल का संयोजन है, दोनों ज्यामितीय रूप से विपरीत अभिविन्यास में [111]-जाली विमानों के समानांतर उन्मुख सतहों के साथ हैं। यह अपेक्षाकृत उच्च तीव्रता, अच्छी तरंग दैर्ध्य चयनात्मकता (10000 में प्रायः 1 भाग) और बीम की स्थिति (निश्चित निकास) को परिवर्तित किये बिना लक्ष्य तरंग दैर्ध्य को परिवर्तित करने की संभावना की गारंटी देता है।

Main article: एक्स-रे प्रकाशिकी

प्रतिरूप चरण

जांच के अंतर्गत प्रतिरूप को एक्स-रे बीम में रखने के लिए प्रतिरूप धारक की आवश्यकता होती है। जबकि श्वेत-बीम तकनीकों में साधारण निश्चित धारक कभी-कभी पर्याप्त होता है, मोनोक्रोमैटिक तकनीकों के प्रयोगों में सामान्यतः घूर्णी गति की स्वतंत्रता की अधिक डिग्री की आवश्यकता होती है। प्रतिरूप इसलिए डिफ्रेक्टोमीटर पर रखे जाते हैं, जिससे प्रतिरूप को एक, दो या तीन अक्षों के साथ उन्मुख किया जा सकता है। यदि प्रतिरूप को विस्थापित करने की आवश्यकता है, जैसे कई चरणों में बीम के माध्यम से इसकी सतह को स्कैन करने के लिए, अतिरिक्त स्वतंत्रता की डिग्री की आवश्यकता होती है।

डिटेक्टर

Main article: एक्स-रे डिटेक्टर

प्रतिरूप द्वारा विस्तृत होने के पश्च्यात, विवर्तित बीम के प्रोफाइल को द्वि-आयामी रूप से हल करने वाले एक्स-रे डिटेक्टर द्वारा ज्ञात करने की आवश्यकता होती है। पारंपरिक डिटेक्टर पारंपरिक विकल्प के रूप में परमाणु प्लेटों के साथ एक्स-रे संवेदनशील फिल्म है। इन ऑफ़रेखा डिटेक्टरों से परे प्रथम चरण तथाकथित इमेज प्लेट्स थे, चूँकि रीडआउट गति और स्थानिक रिज़ॉल्यूशन में सीमित थे। 1990 के मध्य से, सीसीडी कैमरे व्यावहारिक विकल्प के रूप में उभरे हैं, जो तीव्रता से ऑनरेखा रीडआउट और पूर्ण छवि श्रृंखला को स्थान में रिकॉर्ड करने की संभावना जैसे कई फायदे प्रस्तुत करते हैं। एक्स-रे संवेदनशील सीसीडी कैमरे, विशेष रूप से माइक्रोमीटर रेंज में स्थानिक रिज़ॉल्यूशन वाले, अब स्थलाकृति के लिए इलेक्ट्रॉनिक डिटेक्टरों के रूप में उचित प्रकार से स्थापित हैं। भविष्य के लिए आशाजनक विकल्प पिक्सेल डिटेक्टर हो सकते हैं, चूँकि उनका सीमित स्थानिक रिज़ॉल्यूशन स्थलाकृति के लिए उनकी उपयोगिता को सीमित कर सकता है।

स्थलाकृति अनुप्रयोगों के लिए डिटेक्टरों की व्यावहारिक उपयोगिता को ज्ञात करने के लिए सामान्य मानदंड में स्थानिक संकल्प, संवेदनशीलता, गतिशील रेंज (रंग की गहराई, काले-श्वेत मोड में), रीडआउट गति, वजन (डिफ्रेक्टोमीटर आर्म्स पर बढ़ते हुए महत्वपूर्ण) और मूल्य सम्मिलित हैं।

तकनीकों और इमेजिंग स्थितियों का व्यवस्थित अवलोकन

कई गुना स्थलाकृतिक तकनीकों को कई मानदंडों के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है। उनमें से एक एक ओर प्रतिबंधित-बीम तकनीकों (जैसे अनुभाग स्थलाकृति या पिनहोल स्थलाकृति) और दूसरी ओर विस्तारित-बीम तकनीकों के मध्य का अंतर है, जो आने वाली बीम की पूरी चौड़ाई और तीव्रता का उपयोग करते हैं। एक अन्य, स्वतंत्र अंतर एकीकृत-तरंग स्थलाकृति के मध्य है, जो आने वाली एक्स-रे तरंग दैर्ध्य और विचलन के पूर्ण स्पेक्ट्रम का उपयोग करता है, और विमान-तरंग (मोनोक्रोमैटिक) स्थलाकृति, तरंग दैर्ध्य और विचलन दोनों में अधिक चयनात्मक है। एकीकृत-तरंग स्थलाकृति को सिंगल-क्रिस्टल या डबल-क्रिस्टल स्थलाकृति के रूप में महसूस किया जा सकता है। आगे के भेदों में प्रतिबिंब ज्यामिति (ब्रैग-केस) और ट्रांसमिशन ज्यामिति (लाउ केस) में स्थलाकृति के मध्य एक सम्मिलित है।

पूर्ण चर्चा और स्थलाकृतिक तकनीकों के ग्राफिकल पदानुक्रम के लिए, देखें [2]।

प्रायोगिक तकनीकें I - कुछ शास्त्रीय स्थलाकृतिक तकनीकें

स्थलाकृति के लिए सबसे महत्वपूर्ण प्रयोगात्मक तकनीकों में से कुछ की एक अनुकरणीय सूची निम्नलिखित है:

व्हाइट-बीम

व्हाइट-बीम स्थलाकृति आने वाली बीम में एक्स-रे तरंग दैर्ध्य की पूर्ण बैंडविड्थ का उपयोग करती है, बिना किसी तरंगदैर्ध्य फ़िल्टरिंग (कोई मोनोक्रोमेटर) के बिना। तकनीक विशेष रूप से सिंक्रोट्रॉन विकिरण स्रोतों के साथ संयोजन में उपयोगी है, क्योंकि उनके व्यापक और निरंतर तरंग दैर्ध्य स्पेक्ट्रम हैं। मोनोक्रोमैटिक स्तिथि के विपरीत, जिसमें त्रुटिहीन प्रतिरूप समायोजन अधिकांशतः विवर्तन स्थितियों तक पहुंचने के लिए आवश्यक होता है, श्वेत एक्स-रे बीम के स्तिथि में ब्रैग समीकरण हमेशा और स्वचालित रूप से पूरा होता है: जिस कोण पर बीम हिट करता है विशिष्ट जाली विमान, घटना स्पेक्ट्रम में हमेशा एक तरंग दैर्ध्य होता है जिसके लिए ब्रैग कोण इस त्रुटिहीन कोण पर पूरा होता है (बशर्ते कि स्पेक्ट्रम पर्याप्त चौड़ा हो)। व्हाइट-बीम स्थलाकृति इसलिए एक बहुत ही सरल और तेज़ तकनीक है। नुकसान में उच्च एक्स-रे खुराक सम्मिलित है, जो संभवतः प्रतिरूप को विकिरण क्षति का कारण बनता है, और प्रयोग को सावधानी से ढालने की आवश्यकता है।

व्हाइट-बीम स्थलाकृति कई विवर्तन स्पॉट का एक पैटर्न पैदा करती है, प्रत्येक स्थान क्रिस्टल में एक विशिष्ट जाली विमान से संबंधित होता है। यह पैटर्न, सामान्यतः एक्स-रे फिल्म पर रिकॉर्ड किया जाता है, एक लाउ पैटर्न से मेल खाता है और क्रिस्टल लैटिस की समरूपता दिखाता है। प्रत्येक एकल स्थान (स्थलाकृति) की बारीक संरचना प्रतिरूप में दोषों और विकृतियों से संबंधित है। स्पॉट के मध्य की दूरी, और एक ही स्थान के भीतर कंट्रास्ट का विवरण, प्रतिरूप और फिल्म के मध्य की दूरी पर निर्भर करता है; इसलिए यह दूरी श्वेत-किरण स्थलाकृति प्रयोगों के लिए स्वतंत्रता की एक महत्वपूर्ण डिग्री है।

क्रिस्टल की विकृति विवर्तन स्थान के आकार में भिन्नता का कारण बनेगी। एक बेलनाकार रूप से मुड़े हुए क्रिस्टल के लिए क्रिस्टल जाली में ब्रैग का नियम आर्किमिडीयन सर्पिल पर स्थित होगा (उन अपवादों के साथ जो मोड़ की वक्रता के लिए स्पर्शरेखा और रेडियल रूप से उन्मुख हैं, जो क्रमशः बेलनाकार और समतल हैं), और वक्रता की डिग्री निर्धारित की जा सकती है। धब्बों की लंबाई और सेट-अप की ज्यामिति से अनुमानित तरीके से। व्हाइट-बीम स्थलाकृतियां क्रिस्टल दोष और विकृतियों के तेज और व्यापक दृश्य के लिए उपयोगी हैं। चूँकि, किसी भी मात्रात्मक तरीके से उनका विश्लेषण करना मुश्किल है, और यहां तक ​​कि एक गुणात्मक व्याख्या के लिए अधिकांशतः काफी अनुभव और समय की आवश्यकता होती है।

समतल-तरंग स्थलाकृति

प्लेन-वेव स्थलाकृति कुछ अर्थों में श्वेत-बीम स्थलाकृति के विपरीत है, जो मोनोक्रोमैटिक (एकल-तरंग दैर्ध्य) और समानांतर घटना बीम का उपयोग करती है। विवर्तन स्थितियों को प्राप्त करने के लिए, अध्ययन के तहत प्रतिरूप त्रुटिहीन रूप से संरेखित होना चाहिए। देखा गया कंट्रास्ट सैंपल के रॉकिंग कर्व पर कोणीय कार्य बिंदु की त्रुटिहीन स्थिति पर निर्भर करता है, यानी वास्तविक प्रतिरूप रोटेशन की स्थिति और ब्रैग चोटी की सैद्धांतिक स्थिति के मध्य कोणीय दूरी पर। एक प्रतिरूप रोटेशन चरण इसलिए विपरीत स्थितियों को नियंत्रित करने और अलग करने के लिए एक आवश्यक सहायक शर्त है।

धारा स्थलाकृति

File:Section-topograph-GaN-on-sapphire.jpg

नीलम (0-1.0 विवर्तन) के शीर्ष पर गैलियम नाइट्राइड (11.0 विवर्तन) का बढ़ा हुआ सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे ट्रांसमिशन सेक्शन टोपोग्राफ। एक्स-रे सेक्शन बीम की चौड़ाई 15 माइक्रोमीटर थी। विवर्तन वेक्टर जी प्रक्षेपण दिखाया गया है।

जबकि उपरोक्त तकनीकें स्थानिक रूप से विस्तारित, विस्तृत घटना बीम का उपयोग करती हैं, अनुभाग स्थलाकृति लगभग 10 माइक्रोमीटर (एक या, एक पेंसिल बीम के साथ पिनहोल स्थलाकृति के स्तिथि में, दोनों पार्श्व आयामों में) के क्रम में एक संकीर्ण बीम पर आधारित होती है। खंड स्थलाकृतियां इसलिए प्रतिरूप की मात्र एक सीमित मात्रा की जांच करती हैं।

क्रिस्टल के माध्यम से अपने रास्ते पर, बीम भिन्न-भिन्न गहराई पर विवर्तित होता है, प्रत्येक एक डिटेक्टर (फिल्म) पर एक अलग स्थान पर छवि निर्माण में योगदान देता है। खंड स्थलाकृति इसलिए गहराई से हल दोष विश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

खंड स्थलाकृति में, यहां तक ​​कि पूर्ण क्रिस्टल भी फ्रिन्ज प्रदर्शित करते हैं। तकनीक क्रिस्टलीय दोषों और तनाव के प्रति बहुत संवेदनशील है, क्योंकि ये टोपोग्राफ में फ्रिंज पैटर्न को विकृत करते हैं। कंप्यूटर एल्गोरिदम द्वारा छवि सिमुलेशन की मदद से मात्रात्मक विश्लेषण किया जा सकता है, सामान्यतः ताकागी-ताउपिन समीकरणों पर आधारित होता है।

दाईं ओर एक बढ़े हुए सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे ट्रांसमिशन सेक्शन टोपोग्राफ, नीलम वेफर पर धातु-कार्बनिक वाष्प चरण एपिटॉक्सी द्वारा विकसित गैलियम नाइट्राइड (GaN) परत वाले प्रतिरूप के खंड की विवर्तन छवि दिखाता है। एपिटैक्सियल GaN परत और नीलम सब्सट्रेट दोनों में कई दोष दिखाई देते हैं। GaN परत में वास्तव में एक दूसरे से जुड़े लगभग 20 माइक्रोमीटर चौड़े छोटे कोण वाले दाने होते हैं। उपकला परत और सब्सट्रेट में तनाव विवर्तन वेक्टर दिशा के समानांतर लम्बी धारियों के रूप में दिखाई देता है। नीलम वेफर खंड छवि के नीचे के दोष नीलम वेफर के बिना पॉलिश किए हुए पृष्ठीय दोष हैं। नीलम और GaN के मध्य के दोष अंतराफलक दोष हैं।

प्रक्षेपण स्थलाकृति

प्रक्षेपण स्थलाकृति के लिए सेटअप (जिसे ट्रैवर्स स्थलाकृति भी कहा जाता है) अनिवार्य रूप से खंड स्थलाकृति के समान है, अंतर यह है कि संकीर्ण घटना बीम के संबंध में प्रतिरूप और फिल्म दोनों को बाद में (समकालिक रूप से) स्कैन किया जाता है। एक प्रक्षेपण स्थलाकृति इसलिए कई आसन्न खंड स्थलाकृतियों के सुपरपोजिशन से मेल खाती है, जो न मात्र एक प्रतिबंधित हिस्से की जांच करने में सक्षम है, बल्कि एक क्रिस्टल की पूरी मात्रा है।

तकनीक बल्कि सरल है और ए.आर. में नियमित उपयोग में है। कई अनुसंधान प्रयोगशालाओं में लैंग कैमरे।

बर्ग-बैरेट

बर्ग-बैरेट स्थलाकृति एक संकीर्ण घटना बीम का उपयोग करती है जो उच्च विषमता (चराई की घटना, खड़ी निकास) की स्थितियों के तहत अध्ययन के तहत प्रतिरूप की सतह से परिलक्षित होती है। पर्याप्त स्थानिक विभेदन प्राप्त करने के लिए, डिटेक्टर (फिल्म) को प्रतिरूप सतह के करीब रखने की आवश्यकता होती है। कई एक्स-रे प्रयोगशालाओं में बर्ग-बैरेट स्थलाकृति एक अन्य नियमित तकनीक है।

प्रायोगिक तकनीक II - उन्नत स्थलाकृतिक तकनीक

सिंक्रोट्रॉन स्रोतों पर स्थलाकृति

सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे स्रोतों का आगमन एक्स-रे स्थलाकृति तकनीकों के लिए लाभदायक रहा है। स्थलाकृति अनुप्रयोगों के लिए भी सिंक्रोट्रॉन विकिरण के कई गुण लाभप्रद हैं: उच्च संधान (अधिक त्रुटिहीन रूप से छोटा कोणीय स्रोत आकार) बड़े प्रतिरूप-से-डिटेक्टर दूरी पर भी स्थलाकृतियों में उच्च ज्यामितीय रिज़ॉल्यूशन तक पहुंचने की अनुमति देता है। निरंतर तरंग दैर्ध्य स्पेक्ट्रम श्वेत-बीम स्थलाकृति की सुविधा देता है। सिंक्रोट्रॉन में उपलब्ध उच्च बीम तीव्रता छोटे प्रतिरूप संस्करणों की जांच करना, कमजोर प्रतिबिंबों पर काम करना या ब्रैग-स्थितियों (कमजोर बीम स्थितियों) से आगे काम करना और कम जोखिम समय प्राप्त करना संभव बनाती है। अंत में, सिंक्रोट्रॉन विकिरण की असतत समय संरचना स्थलाकृतियों को समय-निर्भर, समय-समय पर आवर्तक संरचनाओं (जैसे क्रिस्टल सतहों पर ध्वनिक तरंगों) को कुशलतापूर्वक देखने के लिए स्ट्रोबोस्कोपिक विधियों का उपयोग करने की अनुमति देती है।

न्यूट्रॉन स्थलाकृति

न्यूट्रॉन विकिरण के साथ विवर्तन स्थलाकृति कई दशकों से उपयोग में है, मुख्य रूप से उच्च न्यूट्रॉन बीम तीव्रता वाले अनुसंधान रिएक्टरों में। न्यूट्रॉन स्थलाकृति कंट्रास्ट तंत्र का उपयोग कर सकती है जो एक्स-रे स्तिथि से आंशिक रूप से भिन्न होते हैं, और इस प्रकार सेवा करते हैं उदा। चुंबकीय संरचनाओं की कल्पना करने के लिए। चूँकि, तुलनात्मक रूप से कम न्यूट्रॉन तीव्रता के कारण, न्यूट्रॉन स्थलाकृति को लंबे समय तक जोखिम की आवश्यकता होती है। इसलिए इसका उपयोग व्यवहार में सीमित है।

साहित्य:

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=== स्थलाकृति कार्बनिक क्रिस्टल === पर लागू होती है

स्थलाकृति शास्त्रीय रूप से अकार्बनिक क्रिस्टल, जैसे धातुओं और अर्धचालकों पर लागू होती है। चूँकि, यह आजकल अधिक से अधिक बार कार्बनिक क्रिस्टल, विशेष रूप से प्रोटीन पर भी लागू होता है। स्थलाकृतिक जांच प्रोटीन के लिए भी क्रिस्टल विकास प्रक्रियाओं को समझने और अनुकूलित करने में मदद कर सकती है। व्हाइट-बीम और प्लेन-वेव स्थलाकृति दोनों का उपयोग करते हुए, पिछले 5-10 वर्षों में कई अध्ययन शुरू किए गए हैं।

चूँकि काफी प्रगति हासिल की गई है, प्रोटीन क्रिस्टल पर स्थलाकृति एक कठिन अनुशासन बनी हुई है: बड़ी इकाई कोशिकाओं, छोटे संरचना कारकों और उच्च विकार के कारण विवर्तित तीव्रता कमजोर होती है। इसलिए स्थलाकृतिक इमेजिंग के लिए लंबे समय तक जोखिम की आवश्यकता होती है, जिससे क्रिस्टल की विकिरण क्षति हो सकती है, जो पहले दोषों को उत्पन्न करती है, जो बाद में चित्रित होते हैं। इसके अतिरिक्त, कम संरचना कारक छोटी डार्विन चौड़ाई की ओर ले जाते हैं और इस प्रकार अव्यवस्था की छवियों को व्यापक बनाते हैं, अर्थात कम स्थानिक संकल्प। फिर भी, कुछ स्तिथियों में, एकल अव्यवस्थाओं की छवियों को प्राप्त करने के लिए प्रोटीन क्रिस्टल को पर्याप्त रूप से परिपूर्ण बताया गया था।

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पतली स्तरित संरचनाओं पर स्थलाकृति

स्थलाकृति द्वारा न मात्र वॉल्यूम क्रिस्टल की नकल की जा सकती है, बल्कि एक विदेशी सब्सट्रेट पर क्रिस्टलीय परतें भी। बहुत पतली परतों के लिए, प्रकीर्णन आयतन और इस प्रकार विवर्तित तीव्रता बहुत कम होती है। इन स्तिथियों में, स्थलाकृतिक इमेजिंग इसलिए एक मांगलिक कार्य है, जब तक कि बहुत उच्च तीव्रता वाले घटना बीम उपलब्ध न हों।

प्रायोगिक तकनीकें III - विशेष तकनीकें और हाल के विकास

रेटिकुलोग्राफी

एक अपेक्षाकृत नई स्थलाकृति-संबंधी तकनीक (पहली बार 1996 में प्रकाशित) तथाकथित रेटिकुलोग्राफी है। श्वेत-बीम स्थलाकृति के आधार पर, नए पहलू में प्रतिरूप और डिटेक्टर के मध्य एक महीन-स्केल्ड धातु ग्रिड (रेटिकुल) रखना सम्मिलित है। धात्विक ग्रिड रेखाें अत्यधिक अवशोषित होती हैं, जो रिकॉर्ड की गई छवि में गहरी रेखाएं बनाती हैं। जबकि फ्लैट, सजातीय प्रतिरूप के लिए ग्रिड की छवि सीधीरेखीय होती है, वैसे ही ग्रिड की ही तरह, झुके हुए या तनावपूर्ण प्रतिरूप के स्तिथि में दृढ़ता से विकृत ग्रिड छवियां हो सकती हैं। जाली पैरामीटर अंतर (या झुके हुए क्रिस्टलीय) के कारण ब्रैग कोण परिवर्तन (और विवर्तित बीम के प्रसार की विभिन्न दिशाओं) से विरूपण परिणाम प्रतिरूप। ग्रिड विवर्तित बीम को माइक्रोबीम्स की एक सरणी में विभाजित करने और प्रतिरूप सतह पर प्रत्येक व्यक्तिगत माइक्रोबीम के प्रसार को बैकट्रेस करने का कार्य करता है। कई सैंपल-टू-डिटेक्टर दूरी पर रेटिकुलोग्राफिक छवियों को रिकॉर्ड करके, और उपयुक्त डेटा प्रोसेसिंग से, प्रतिरूप सतह पर गलत दिशा के स्थानीय वितरण प्राप्त किए जा सकते हैं।

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डिजिटल स्थलाकृति

पारंपरिक एक्स-रे फिल्म की जगह एक्स-रे सीसीडी कैमरों जैसे इलेक्ट्रॉनिक डिटेक्टरों का उपयोग, स्थलाकृति को कई तरह से सुगम बनाता है। सीसीडी (लगभग) वास्तविक समय में ऑनरेखा रीडआउट प्राप्त करते हैं, एक अंधेरे कमरे में फिल्मों को विकसित करने की आवश्यकता के प्रयोगकर्ताओं को वितरित करते हैं। फिल्मों के संबंध में कमियां सीमित गतिशील रेंज हैं और सबसे बढ़कर, वाणिज्यिक सीसीडी कैमरों का मध्यम स्थानिक रिज़ॉल्यूशन, उच्च-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग के लिए समर्पित सीसीडी कैमरों के विकास को आवश्यक बनाता है। डिजिटल स्थलाकृति का एक और निर्णायक लाभ ऑनरेखा रीडआउट के लिए धन्यवाद, डिटेक्टर की स्थिति को बदले बिना छवियों की श्रृंखला रिकॉर्ड करने की संभावना है। यह जटिल छवि पंजीकरण प्रक्रियाओं के बिना, समय-निर्भर घटनाओं का निरीक्षण करने, गतिज अध्ययन करने, उपकरण गिरावट और विकिरण क्षति की प्रक्रियाओं की जांच करने और अनुक्रमिक स्थलाकृति (नीचे देखें) का एहसास करने के लिए संभव बनाता है।

समय-समाधान (स्ट्रोबोस्कोपिक) स्थलाकृति; सतह ध्वनिक तरंगों का इमेजिंग

छवि समय-निर्भर, समय-समय पर उतार-चढ़ाव वाली घटनाओं के लिए, स्थलाकृति को स्ट्रोबोस्कोपिक एक्सपोजर तकनीकों के साथ जोड़ा जा सकता है। इस तरह, एक साइनसॉइडली भिन्न-भिन्न आंदोलन का एक चयनित चरण एक स्नैपशॉट के रूप में चुनिंदा छवियां है। पहले अनुप्रयोग अर्धचालक सतहों पर सतह ध्वनिक तरंगों के क्षेत्र में थे।

साहित्य:

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टोपो-टोमोग्राफी; 3डी अव्यवस्था वितरण

टोमोग्राफिक छवि पुनर्निर्माण के साथ स्थलाकृतिक छवि निर्माण को जोड़कर, दोषों के वितरण को तीन आयामों में हल किया जा सकता है। शास्त्रीय संगणित टोमोग्राफी (सीटी) के विपरीत, छवि विपरीत अवशोषण (अवशोषण विपरीत) में अंतर पर आधारित नहीं है, बल्कि स्थलाकृति (विवर्तन विपरीत) के सामान्य विपरीत तंत्र पर आधारित है। इस तरह, क्रिस्टल में अव्यवस्थाओं के त्रि-आयामी वितरण को चित्रित किया गया है।

साहित्य:

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अनुक्रमिक स्थलाकृति / रॉकिंग कर्व इमेजिंग

प्लेन-वेव टोपोग्राफी को न मात्र एक छवि रिकॉर्ड करके, बल्कि सैंपल के रॉकिंग कर्व के साथ-साथ स्थलाकृतियों के पूरे अनुक्रम को रिकॉर्ड करके एक प्रतिरूप से अतिरिक्त जानकारी निकालने के लिए बनाया जा सकता है। छवियों के पूरे अनुक्रम में एक पिक्सेल में विचलित तीव्रता का पालन करके, प्रतिरूप सतह के बहुत छोटे क्षेत्रों से स्थानीय रॉकिंग घटता का पुनर्निर्माण किया जा सकता है। चूँकि आवश्यक पोस्ट-प्रोसेसिंग और संख्यात्मक विश्लेषण कभी-कभी मामूली मांग कर रहे हैं, प्रयास अधिकांशतः प्रतिरूप के स्थानीय गुणों पर बहुत व्यापक जानकारी द्वारा मुआवजा दिया जाता है। इस तरह मात्रात्मक रूप से मापनीय बनने वाली मात्राओं में स्थानीय बिखरने की शक्ति, स्थानीय जाली झुकाव (क्रिस्टलीय दुर्बलता), और स्थानीय जाली गुणवत्ता और पूर्णता सम्मिलित हैं। स्थानिक संकल्प, कई स्तिथियों में, अनिवार्य रूप से डिटेक्टर पिक्सेल आकार द्वारा दिया जाता है।

अनुक्रमिक स्थलाकृति की तकनीक, उपयुक्त डेटा विश्लेषण विधियों के संयोजन में, जिसे रॉकिंग कर्व इमेजिंग भी कहा जाता है, माइक्रोडिफ़्रेक्शन इमेजिंग की एक विधि का गठन करती है, अर्थात एक्स-रे विवर्तनमिति के साथ एक्स-रे इमेजिंग का संयोजन।

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मैक्सिम

MAXIM (Materials X-ray IMaging) विधि स्थानिक विभेदन के साथ विवर्तन विश्लेषण का संयोजन करने वाली एक अन्य विधि है। इसे निकास किरण में अतिरिक्त कोणीय विभेदन के साथ क्रमिक स्थलाकृति के रूप में देखा जा सकता है। रॉकिंग कर्व इमेजिंग पद्धति के विपरीत, यह कम क्रिस्टलीय पूर्णता के साथ अधिक अत्यधिक परेशान (पॉलीक्रिस्टरेखा) सामग्री के लिए अधिक उपयुक्त है। वाद्य पक्ष पर अंतर यह है कि मैक्सिम एक अतिरिक्त एक्स-रे ऑप्टिकल तत्व के रूप में स्लिट्स / छोटे चैनलों (एक तथाकथित मल्टी-चैनल प्लेट (एमसीपी), सोलेर स्लिट सिस्टम के द्वि-आयामी समतुल्य) की एक सरणी का उपयोग करता है। प्रतिरूप और सीसीडी डिटेक्टर। ये चैनल मात्र विशिष्ट, समानांतर दिशाओं में तीव्रता संचारित करते हैं, और इस प्रकार प्रतिरूप सतह पर डिटेक्टर पिक्सेल और बिंदुओं के मध्य एक-से-एक-संबंध की गारंटी देते हैं, जो अन्यथा उच्च तनाव और/या ए के साथ सामग्री के स्तिथि में नहीं दिया जाएगा। मजबूत मोज़ेक। विधि का स्थानिक संकल्प डिटेक्टर पिक्सेल आकार और चैनल प्लेट आवधिकता के संयोजन से सीमित है, जो आदर्श स्तिथि में समान हैं। कोणीय संकल्प ज्यादातर एमसीपी चैनलों के पहलू अनुपात (लंबाई से अधिक चौड़ाई) द्वारा दिया जाता है।

साहित्य:

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साहित्य

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  • स्थलाकृति के लिए इंस्ट्रूमेंटेशन और बीमरेखा:
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यह भी देखें

• क्रिस्टलोग्राफी
• एक्स-रे विवर्तन का गतिशील सिद्धांत
• उच्च ऊर्जा एक्स-रे
• एक्स - रे विवर्तन
• एक्स-रे इमेजिंग
• एक्स-रे प्रकाशिकी

बाहरी संबंध

• Topography: Introductions and tutorials on the web
  • "A Brief History of X-Ray Diffraction Topography" by J.F. Kelly, University of London (GB)
  • "X-ray topography - practice guide" by D. Black, G. Long, NIST (USA)
  • "X-ray topography": Introduction from PTB, Braunschweig (Germany)
  • Chapter from script on "defects in crystals" by Prof. H. Foell, University of Kiel (Germany)
  • "Characterization of crystalline materials by X-Ray topography" - Introduction by Y. Epelboin, Paris-Jussieu (France)
  • "X-ray diffraction imaging (X-ray topography) - An Overview about Techniques and Applications" by J. Haertwig, ESRF, Grenoble (France)
  • The same, slightly different format
• Topography beamlines at synchrotrons:
  • Imaging Beamline (ID19) of the European Synchrotron ESRF, Grenoble (France)
  • TOPO Beamline at ANKA, Karlsruhe (Germany)
  • Beamline F1 of HASYLAB at DESY, Hamburg (Germany)
  • National Synchrotron Light Source (NSLS), Kansas (USA)
  • SPring-8, near Himeji (Japan)