विवर्तन स्थलाकृति

Not to be confused with Diffraction tomography.

विवर्तन स्थलाकृति (संक्षिप्त: स्थलाकृति) ब्रैग विवर्तन पर आधारित एक [[कितना बीम ]] इमेजिंग तकनीक है। विवर्तन स्थलाकृतिक छवियां (स्थलाकृतियां) एक क्रिस्टल द्वारा विवर्तित एक्स-रे (या, कभी-कभी, न्यूट्रॉन) के बीम की तीव्रता प्रोफ़ाइल रिकॉर्ड करती हैं। एक स्थलाकृति इस प्रकार परावर्तित एक्स-रे की द्वि-आयामी स्थानिक तीव्रता मानचित्रण का प्रतिनिधित्व करती है, अर्थात एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी की स्थानिक ठीक संरचना। यह तीव्रता मानचित्रण क्रिस्टल के अंदर प्रकीर्णन शक्ति के वितरण को दर्शाता है; स्थलाकृतियां इसलिए एक गैर-आदर्श क्रिस्टल जाली में अनियमितताओं को प्रकट करती हैं। एक्स-रे विवर्तन स्थलाकृति एक्स-रे इमेजिंग का एक रूप है, जो अवशोषण कंट्रास्ट के बजाय विवर्तन कंट्रास्ट का उपयोग करता है जो आमतौर पर 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, ऐसी तकनीक को निम्न-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी#डार्क फील्ड इमेजिंग या विवर्तन कंट्रास्ट इमेजिंग कहा जाता है।

स्थलाकृति का उपयोग क्रिस्टल की गुणवत्ता की निगरानी और कई अलग-अलग क्रिस्टलीय सामग्रियों में दोषों को देखने के लिए किया जाता है। यह मददगार साबित हुआ है उदा। नए क्रिस्टल विकास विधियों का विकास करते समय, विकास की निगरानी के लिए और क्रिस्टल की गुणवत्ता हासिल की जाती है, और विकास की स्थिति को पुनरावृत्त रूप से अनुकूलित करने के लिए। कई मामलों में, स्थलाकृति को नमूने को तैयार किए बिना या अन्यथा नुकसान पहुंचाए बिना लागू किया जा सकता है; इसलिए यह गैर-विनाशकारी परीक्षण का एक रूप है।

इतिहास

1895 में विल्हेम रॉन्टगन द्वारा एक्स-रे की खोज के बाद, और लाउ और विलियम हेनरी ब्रैग परिवार द्वारा एक्स-रे विवर्तन के सिद्धांतों की खोज के बाद भी, विवर्तन इमेजिंग के लाभों को पूरी तरह से पहचानने में अभी भी कई दशक लग गए, और पहला उपयोगी प्रयोगात्मक तकनीकों को विकसित किया जाना है। 1940 के दशक की शुरुआत से प्रयोगशाला स्थलाकृति तकनीकों की पहली व्यवस्थित रिपोर्ट। 1950 और 1960 के दशक में, स्थलाकृतिक जांच ने दोषों की प्रकृति का पता लगाने और जर्मेनियम और (बाद में) सिलिकॉन के लिए अर्धचालक microelectronics के लिए सामग्री के रूप में क्रिस्टल विकास विधियों में सुधार करने में भूमिका निभाई।

स्थलाकृति के ऐतिहासिक विकास के अधिक विस्तृत विवरण के लिए, जे.एफ. केली - एक्स-रे विवर्तन स्थलाकृति का संक्षिप्त इतिहास देखें। 1970 के दशक के बारे में, स्थलाकृति सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे स्रोतों के आगमन से लाभान्वित हुई, जो काफी अधिक तीव्र एक्स-रे बीम प्रदान करती है, जिससे कम जोखिम समय, बेहतर कंट्रास्ट, उच्च स्थानिक रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करने और छोटे नमूनों या तेजी से बदलती 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 बेहतर क्रिस्टल के विकास को नियंत्रित करते थे। स्थलाकृति को बाद में अर्धचालकों और आम तौर पर माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक सामग्री के लिए विस्तारित किया गया था। एक संबंधित क्षेत्र एक्स-रे ऑप्टिक्स के लिए सामग्री और उपकरणों की जांच है, जैसे कि सिलिकॉन, जर्मेनियम या डायमंड से बने मोनोक्रोमेटर क्रिस्टल, जिन्हें उपयोग करने से पहले दोषों की जांच करने की आवश्यकता होती है। कार्बनिक क्रिस्टल के लिए स्थलाकृति के विस्तार कुछ और हाल के हैं। स्थलाकृति आज न केवल सेमीकंडक्टर वेफर्स सहित किसी भी प्रकार के वॉल्यूम क्रिस्टल पर लागू होती है, बल्कि पतली परतों, संपूर्ण इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ-साथ प्रोटीन क्रिस्टल और अन्य जैसे कार्बनिक पदार्थों पर भी लागू होती है।

स्थलाकृति का मूल सिद्धांत

विवर्तन स्थलाकृति का मूल कार्य सिद्धांत इस प्रकार है: एक घटना, स्थानिक रूप से विस्तारित बीम (ज्यादातर एक्स-रे, या न्यूट्रॉन) एक नमूने पर थोपती है। बीम या तो मोनोक्रोमैटिक हो सकता है, यानी एक्स-रे या न्यूट्रॉन, या पॉलीक्रोमैटिक के एक एकल तरंगदैर्ध्य से युक्त होता है, यानी तरंग दैर्ध्य (सफेद बीम स्थलाकृति) के मिश्रण से बना होता है। इसके अलावा, घटना किरण या तो समानांतर हो सकती है, जिसमें केवल एक ही दिशा में सभी दिशाओं में प्रसार करने वाली किरणें होती हैं, या विचलन/अभिसरण, प्रसार के कई और अधिक दृढ़ता से भिन्न दिशाएं होती हैं।

जब किरण क्रिस्टलीय नमूने से टकराती है, तो ब्रैग विवर्तन होता है, यानी घटना की लहर परमाणुओं द्वारा नमूने के कुछ जाली विमानों पर परिलक्षित होती है, इस शर्त पर कि यह उन विमानों को सही ब्रैग कोण पर मारता है। नमूने से विवर्तन या तो परावर्तन ज्यामिति (ब्रैग केस) में हो सकता है, जिसमें बीम एक ही सतह के माध्यम से प्रवेश करती है और छोड़ती है, या ट्रांसमिशन ज्यामिति (लाउ केस) में होती है। विवर्तन एक विवर्तित बीम को जन्म देता है, जो नमूने को छोड़ देगा और बिखरने वाले कोण द्वारा घटना की दिशा से भिन्न दिशा में फैल जाएगा $2\theta _{B}$.

विवर्तित बीम का अनुप्रस्थ काट आपतित बीम के समान हो भी सकता है और नहीं भी। दृढ़ता से असममित प्रतिबिंबों के मामले में, बीम का आकार (विवर्तन तल में) काफी विस्तारित या संकुचित होता है, यदि घटना कोण निकास कोण से बहुत छोटा होता है, और इसके विपरीत विस्तार होता है। इस बीम विस्तार से स्वतंत्र रूप से, छवि आकार के लिए नमूना आकार का संबंध अकेले निकास कोण द्वारा दिया जाता है: निकास सतह के समानांतर नमूना सुविधाओं का स्पष्ट पार्श्व आकार छवि में निकास कोण के प्रक्षेपण प्रभाव से घटाया जाता है।

एक सजातीय नमूना (एक नियमित क्रिस्टल जाली के साथ) टोपोग्राफ (एक सपाट छवि) में एक 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, अव्यवस्था बंडल
• अनाज की सीमाएँ, डोमेन की दीवारें
• विकास स्ट्राइप्स
• बिंदु दोष या दोष समूह
• क्रिस्टल विरूपण
• तनाव क्षेत्र

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

सिद्धांत

एक्स-रे स्थलाकृति में विपरीत गठन के सैद्धांतिक विवरण काफी हद तक विवर्तन के गतिशील सिद्धांत पर आधारित हैं। यह रूपरेखा स्थलाकृतिक छवि निर्माण के कई पहलुओं के विवरण में सहायक है: एक क्रिस्टल में एक्स-रे वेवफील्ड का प्रवेश, क्रिस्टल के अंदर वेवफील्ड का प्रसार, क्रिस्टल दोषों के साथ वेवफील्ड की बातचीत, स्थानीय जाली उपभेदों द्वारा वेवफील्ड प्रसार में परिवर्तन, विवर्तन, एकाधिक बिखरने, अवशोषण।

इसलिए सिद्धांत अक्सर क्रिस्टल दोषों की स्थलाकृतिक छवियों की व्याख्या में सहायक होता है। एक दोष की सटीक प्रकृति अक्सर देखी गई छवि से सीधे नहीं निकाली जा सकती (यानी, पीछे की गणना असंभव है)। इसके बजाय, किसी को दोष की संरचना के बारे में धारणाएं बनानी पड़ती हैं, ग्रहण की गई संरचना (सिद्धांत के आधार पर आगे की गणना) से एक काल्पनिक छवि को निकालना पड़ता है, और प्रयोगात्मक छवि के साथ तुलना करना पड़ता है। यदि दोनों के बीच मेल काफी अच्छा नहीं है, तो पर्याप्त पत्राचार होने तक मान्यताओं को बदलना होगा। सैद्धांतिक गणना, और विशेष रूप से इस सिद्धांत पर आधारित कंप्यूटर द्वारा संख्यात्मक सिमुलेशन, इस प्रकार स्थलाकृतिक छवियों की व्याख्या के लिए एक मूल्यवान उपकरण हैं।

विपरीत तंत्र

एक सजातीय बीम द्वारा प्रकाशित पूरी तरह से नियमित जाली के साथ एक समान क्रिस्टल की स्थलाकृतिक छवि एक समान (कोई विपरीत नहीं) है। कंट्रास्ट तब उत्पन्न होता है जब जाली की विकृतियाँ (दोष, झुके हुए क्रिस्टलीय, तनाव) होती हैं; जब क्रिस्टल कई अलग-अलग सामग्रियों या चरणों से बना होता है; या जब क्रिस्टल की मोटाई छवि डोमेन में बदलती है।

संरचना कारक विपरीत

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

ओरिएंटेशन कंट्रास्ट

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

जबकि झुके हुए क्रिस्टलीय, डोमेन की दीवारों, अनाज की सीमाओं आदि के मामले में अभिविन्यास विपरीत एक मैक्रोस्कोपिक पैमाने पर होता है, इसे स्थानीय रूप से दोषों के आसपास भी उत्पन्न किया जा सकता है, उदा। अव्यवस्था कोर के चारों ओर घुमावदार जालीदार विमानों के कारण।

विलुप्त होने के विपरीत

एक अन्य प्रकार का स्थलाकृतिक विपरीत, विलोपन विपरीत, थोड़ा अधिक जटिल है। जबकि उपरोक्त दो संस्करण ज्यामितीय सिद्धांत (मूल रूप से, ब्रैग कानून) या एक्स-रे विवर्तन के किनेमेटिकल सिद्धांत के आधार पर सरल शब्दों में खोजे 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 उदा। जब एक नमूने की मोटाई, संबंधित विलुप्त होने की लंबाई (ब्रैग केस) या पेंडेलोसंग लंबाई (लाउ केस) की तुलना में, छवि में बदल जाती है। इस मामले में, अलग-अलग मोटाई के क्षेत्रों से अलग-अलग बीम, विलुप्त होने की अलग-अलग डिग्री का सामना करने के बाद, 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 नमूनों का अध्ययन करके इस आशय की व्यवस्थित रूप से जांच की है, जिससे गतिशील सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की गई नमूना मोटाई पर विवर्तित तीव्रता की निर्भरता को एक छवि में सीधे रिकॉर्ड करने की अनुमति मिलती है।

केवल मोटाई में परिवर्तन के अलावा, विलोपन विपरीत तब भी उत्पन्न होता है जब एक क्रिस्टल के हिस्से अलग-अलग शक्तियों के साथ विवर्तित होते हैं, या जब क्रिस्टल में विकृत (तनावग्रस्त) क्षेत्र होते हैं। विकृत क्रिस्टल में विलुप्त होने के विपरीत के एक समग्र सिद्धांत के लिए शासी मात्रा को प्रभावी दुर्बलता कहा जाता है

$\Delta \theta ({\vec {r}})={\frac {1}{{\vec {h}}\cdot \cos \theta _{B}}}{\frac {\partial }{\partial s_{\vec {h}}}}\left[{\vec {h}}\cdot {\vec {u}}({\vec {r}})\right]$ कहाँ ${\vec {u}}({\vec {r}})$ विस्थापन सदिश क्षेत्र है, और ${\vec {s}}_{0}$ और ${\vec {s}}_{h}$ क्रमशः घटना और विवर्तित किरण की दिशाएँ हैं।

इस तरह, 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, एक संपीडित तनाव वाली 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, नमूने को घुमाने की जरूरत होती है, ठीक उसी तरह जैसे कि जाली झुकाव के मामले में होती है।

कंट्रास्ट पर झुकाव और तनाव के संयुक्त प्रभाव को ध्यान में रखते हुए एक 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 मामले पर विचार करें: यह स्थलाकृति में विपरीतता को जन्म देगा, यदि विवर्तन में शामिल जाली विमान किसी तरह अव्यवस्था के अस्तित्व से विकृत हो जाते हैं। किनारे की अव्यवस्था के मामले में यह सच है अगर उपयोग किए गए ब्रैग प्रतिबिंब का बिखरने वाला वेक्टर अव्यवस्था के बर्गर वेक्टर के समानांतर है, या कम से कम अव्यवस्था रेखा के लंबवत विमान में एक घटक है, लेकिन यह समानांतर नहीं है अव्यवस्था रेखा के लिए। पेंच अव्यवस्था के मामले में, बिखरने वाले वेक्टर में बर्गर्स वेक्टर के साथ एक घटक होना चाहिए, जो अब विस्थापन रेखा के समानांतर है। अंगूठे के एक नियम के रूप में, एक स्थलाकृति में एक अव्यवस्था अदृश्य होगी यदि वेक्टर उत्पाद

$\mathbf {g} \cdot \mathbf {b}$ शून्य है। (एक अधिक सटीक नियम को स्क्रू और एज डिस्लोकेशन के बीच अंतर करना होगा और डिस्लोकेशन लाइन की दिशा भी लेनी होगी $l$ खाते में - उदाहरण देखें [1]।)

यदि कोई दोष दिखाई देता है, तो अक्सर स्थलाकृतिक पर न केवल एक, बल्कि इसके कई अलग-अलग चित्र दिखाई देते हैं। सिद्धांत एकल दोषों की तीन छवियों की भविष्यवाणी करता है: तथाकथित प्रत्यक्ष छवि, कीनेमेटिकल छवि और मध्यस्थ छवि। विवरण के लिए देखें उदा। (लेखक 2003)।

स्थानिक संकल्प; सीमित प्रभाव

स्थलाकृतिक छवियों में प्राप्त होने वाले स्थानिक संकल्प को एक या कई तीन कारकों द्वारा सीमित किया जा सकता है: डिटेक्टर का रिज़ॉल्यूशन (ग्रेन या पिक्सेल आकार), प्रायोगिक ज्यामिति और आंतरिक विवर्तन प्रभाव।

सबसे पहले, एक छवि का स्थानिक संकल्प स्पष्ट रूप से अनाज के आकार (फिल्म के मामले में) या पिक्सेल आकार (डिजिटल डिटेक्टरों के मामले में) से बेहतर नहीं हो सकता है जिसके साथ इसे रिकॉर्ड किया गया था। यही कारण है कि स्थलाकृति के लिए आज उपलब्ध सबसे छोटे पिक्सेल आकार वाले उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाले 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 नमूने का एक बिंदु अन्यथा अपारदर्शी मुखौटा में एक छेद है, तो एक्स-रे स्रोत, परिमित पार्श्व आकार एस 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 मैं छवि तल में एक नमूना बिंदु की छवि का फैलाव है, D स्रोत-से-नमूना दूरी है, और d नमूना-से-छवि दूरी है। अनुपात S/D कोण (रेडियन में) से मेल खाता है जिसके तहत नमूना की स्थिति से स्रोत प्रकट होता है (कोणीय स्रोत आकार, एक नमूना बिंदु पर घटना विचलन के बराबर)। प्राप्त करने योग्य संकल्प इस प्रकार छोटे स्रोतों, बड़े नमूना दूरी और छोटे डिटेक्टर दूरी के लिए सर्वोत्तम है। यही कारण है कि स्थलाकृति के शुरुआती दिनों में डिटेक्टर (फिल्म) को नमूने के बहुत करीब रखने की आवश्यकता थी; केवल सिंक्रोट्रॉन में, उनके छोटे एस और (बहुत) बड़े डी के साथ, अंततः डी के बड़े मूल्यों को वहन किया जा सकता है, जो स्थलाकृति प्रयोगों में बहुत अधिक लचीलेपन का परिचय देता है।

तीसरा, सटीक डिटेक्टरों और आदर्श ज्यामितीय स्थितियों के साथ भी, विशेष कंट्रास्ट सुविधाओं की दृश्यता, जैसे कि एकल विस्थापन की छवियां, विवर्तन प्रभावों द्वारा अतिरिक्त रूप से सीमित की जा सकती हैं। एक पूर्ण क्रिस्टल मैट्रिक्स में एक अव्यवस्था केवल उन क्षेत्रों में विपरीतता को जन्म देती है जहां क्रिस्टल जाली का स्थानीय अभिविन्यास ब्रैग प्रतिबिंब की डार्विन चौड़ाई के मुकाबले औसत अभिविन्यास से भिन्न होता है। विवर्तन के गतिशील सिद्धांत | एक्स-रे विवर्तन के गतिशील सिद्धांत द्वारा एक मात्रात्मक विवरण प्रदान किया गया है। नतीजतन, और किसी भी तरह काउंटर-सहज रूप से, अव्यवस्था छवियों की चौड़ाई संकुचित हो जाती है जब संबंधित रॉकिंग वक्र बड़े होते हैं। इस प्रकार, कम विवर्तन क्रम के मजबूत प्रतिबिंब स्थलाकृतिक इमेजिंग के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हैं। वे स्थलाकृतिकों को अव्यवस्थाओं की संकीर्ण, अच्छी तरह 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 अलग करने की अनुमति देते हैं। अधिक प्रतिकूल मामलों में (कमजोर, उच्च-क्रम प्रतिबिंब, उच्च फोटॉन ऊर्जा), अव्यवस्था छवियां व्यापक, फैलती हैं, और उच्च और मध्यम अव्यवस्था घनत्व के लिए ओवरलैप होती हैं। अत्यधिक आदेशित, दृढ़ता से विवर्तक सामग्री - जैसे खनिज या अर्धचालक - आम तौर पर अप्रमाणिक होते हैं, जबकि उदा। स्थलाकृतिक इमेजिंग के लिए प्रोटीन क्रिस्टल विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण हैं।

प्रतिबिंब की डार्विन चौड़ाई के अलावा, 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, पर सटीक ब्रैग कोण से कोणीय प्रस्थान। बाद की निर्भरता एक पारस्परिकता कानून 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 कमजोर बीम की स्थिति इस प्रकार अनुकूल है।

प्रायोगिक प्राप्ति - इंस्ट्रूमेंटेशन

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

एक्स-रे स्रोत

स्थलाकृति के लिए उपयोग किया जाने वाला एक्स-रे बीम एक एक्स-रे स्रोत द्वारा उत्पन्न होता है, आमतौर पर या तो एक प्रयोगशाला एक्स-रे ट्यूब (स्थिर या घूर्णन) या एक सिंक्रोटॉन स्रोत। 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, हालांकि, आसान पहुंच और निरंतर उपलब्धता के कारण, और अक्सर नमूनों की प्रारंभिक जांच और/या नए कर्मचारियों के प्रशिक्षण के लिए उपयोग किया जाता है।

सफेद बीम स्थलाकृति के लिए, अधिक की आवश्यकता नहीं होती है: अक्सर, बीम के आकार को सटीक रूप से परिभाषित करने के लिए स्लिट्स का एक सेट और एक (अच्छी तरह से पॉलिश) वैक्यूम निकास खिड़की पर्याप्त होगी। उन स्थलाकृति तकनीकों के लिए एक एकरंगा एक्स-रे बीम की आवश्यकता होती है, एक अतिरिक्त क्रिस्टल मोनोक्रोमेटर अनिवार्य है। सिंक्रोट्रॉन स्रोतों पर एक विशिष्ट विन्यास दो सिलिकॉन क्रिस्टल का एक 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 लगभग 1 भाग) और बीम की स्थिति (निश्चित निकास) को बदलने के बिना लक्ष्य तरंग दैर्ध्य को बदलने की संभावना की गारंटी देता है।

Main article: x-ray optics

नमूना चरण

जांच के तहत नमूने को एक्स-रे बीम में रखने के लिए, एक नमूना धारक की आवश्यकता होती है। जबकि सफेद-बीम तकनीकों में एक साधारण निश्चित धारक कभी-कभी पर्याप्त होता है, मोनोक्रोमैटिक तकनीकों के प्रयोगों में आमतौर पर घूर्णी गति की स्वतंत्रता की एक या अधिक डिग्री की आवश्यकता होती है। नमूने इसलिए एक डिफ्रेक्टोमीटर पर रखे जाते हैं, जिससे नमूने को एक, दो या तीन अक्षों के साथ उन्मुख किया जा सकता है। यदि नमूने को विस्थापित करने की आवश्यकता है, उदा। 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: X-ray detectors

नमूने द्वारा बिखरे होने के बाद, विवर्तित बीम के प्रोफाइल को द्वि-आयामी रूप से हल करने वाले एक्स-रे डिटेक्टर द्वारा पता लगाने की आवश्यकता होती है। पारंपरिक डिटेक्टर पारंपरिक विकल्प के रूप में परमाणु प्लेटों के साथ एक्स-रे संवेदनशील फिल्म है। इन ऑफ़लाइन डिटेक्टरों से परे पहला कदम तथाकथित इमेज प्लेट्स थे, हालांकि रीडआउट गति और स्थानिक रिज़ॉल्यूशन में सीमित थे। 1990 के दशक के मध्य से, सीसीडी कैमरे एक व्यावहारिक विकल्प के रूप में उभरे हैं, जो तेजी से ऑनलाइन रीडआउट और पूरी छवि श्रृंखला को जगह में रिकॉर्ड करने की संभावना जैसे कई फायदे पेश 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 अच्छी तरह से स्थापित हैं। भविष्य के लिए एक आशाजनक विकल्प पिक्सेल डिटेक्टर हो सकते हैं, हालांकि उनका सीमित स्थानिक रिज़ॉल्यूशन स्थलाकृति के लिए उनकी उपयोगिता को सीमित कर सकता है।

स्थलाकृति अनुप्रयोगों के लिए डिटेक्टरों की व्यावहारिक उपयोगिता को पहचानने के लिए सामान्य मानदंड में स्थानिक संकल्प, संवेदनशीलता, गतिशील रेंज (रंग की गहराई, काले-सफेद मोड में), रीडआउट गति, वजन (डिफ्रेक्टोमीटर आर्म्स पर बढ़ते हुए महत्वपूर्ण) और मूल्य शामिल 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 बीच का अंतर है, जो आने वाली बीम की पूरी चौड़ाई और तीव्रता का उपयोग करते हैं। एक अन्य, स्वतंत्र अंतर एकीकृत-तरंग स्थलाकृति के बीच 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 बीच एक शामिल 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 मामले के विपरीत, जिसमें सटीक नमूना समायोजन अक्सर विवर्तन स्थितियों तक पहुंचने के लिए आवश्यक होता है, सफेद एक्स-रे बीम के मामले 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 सटीक 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 शामिल है, जो संभवतः नमूने 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, आमतौर पर 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 नमूने में दोषों और विकृतियों से संबंधित है। स्पॉट के बीच की दूरी, और एक ही स्थान के भीतर कंट्रास्ट का विवरण, नमूना और फिल्म के बीच 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। हालांकि, किसी भी मात्रात्मक तरीके से उनका विश्लेषण करना मुश्किल है, और यहां तक ​​कि एक गुणात्मक व्याख्या के लिए अक्सर काफी अनुभव और समय की आवश्यकता होती है।

समतल-तरंग स्थलाकृति

प्लेन-वेव स्थलाकृति कुछ अर्थों में सफेद-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 नमूना सटीक रूप से संरेखित होना चाहिए। देखा गया कंट्रास्ट सैंपल के रॉकिंग कर्व पर कोणीय कार्य बिंदु की सटीक स्थिति पर निर्भर करता है, यानी वास्तविक नमूना रोटेशन की स्थिति और ब्रैग चोटी की सैद्धांतिक स्थिति के बीच कोणीय दूरी पर। एक नमूना 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 मामले में, दोनों पार्श्व आयामों में) के क्रम में एक संकीर्ण बीम पर आधारित होती है। खंड स्थलाकृतियां इसलिए नमूने की केवल एक सीमित मात्रा की जांच करती हैं।

क्रिस्टल के माध्यम से अपने रास्ते पर, बीम अलग-अलग 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, आमतौर पर 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 नमूने 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 बीच 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 नमूना 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 केवल 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 नमूने की सतह से परिलक्षित होती है। पर्याप्त स्थानिक विभेदन प्राप्त करने के लिए, डिटेक्टर (फिल्म) को नमूना 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 सटीक रूप से छोटा कोणीय स्रोत आकार) बड़े नमूना-से-डिटेक्टर दूरी पर भी स्थलाकृतियों में उच्च ज्यामितीय रिज़ॉल्यूशन तक पहुंचने की अनुमति देता है। निरंतर तरंग दैर्ध्य स्पेक्ट्रम सफेद-बीम स्थलाकृति की सुविधा देता है। सिंक्रोट्रॉन में उपलब्ध उच्च बीम तीव्रता छोटे नमूना 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 मामले से आंशिक रूप से भिन्न होते हैं, और इस प्रकार सेवा करते हैं उदा। चुंबकीय संरचनाओं की कल्पना करने के लिए। हालांकि, 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।

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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। हालाँकि, 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।

हालांकि 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 अलावा, 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 मामलों 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 केवल 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 मामलों 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। सफेद-बीम स्थलाकृति के आधार पर, नए पहलू में नमूना और डिटेक्टर के बीच एक महीन-स्केल्ड धातु ग्रिड (रेटिकुल) रखना शामिल है। धात्विक ग्रिड लाइनें अत्यधिक अवशोषित होती हैं, जो रिकॉर्ड की गई छवि में गहरी रेखाएं बनाती हैं। जबकि फ्लैट, सजातीय नमूने के लिए ग्रिड की छवि सीधीरेखीय होती है, वैसे ही ग्रिड की ही तरह, झुके हुए या तनावपूर्ण नमूने के मामले 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 नमूना। ग्रिड विवर्तित बीम को माइक्रोबीम्स की एक सरणी में विभाजित करने और नमूना 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, नमूना 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 ऑनलाइन 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 ऑनलाइन 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 अलग-अलग 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 केवल एक छवि रिकॉर्ड करके, बल्कि सैंपल के रॉकिंग कर्व के साथ-साथ स्थलाकृतियों के पूरे अनुक्रम को रिकॉर्ड करके एक नमूने से अतिरिक्त जानकारी निकालने के लिए बनाया जा सकता है। छवियों के पूरे अनुक्रम में एक पिक्सेल में विचलित तीव्रता का पालन करके, नमूना सतह के बहुत छोटे क्षेत्रों से स्थानीय रॉकिंग घटता का पुनर्निर्माण किया जा सकता है। हालांकि आवश्यक पोस्ट-प्रोसेसिंग और संख्यात्मक विश्लेषण कभी-कभी मामूली मांग कर रहे हैं, प्रयास अक्सर नमूने 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 शामिल हैं। स्थानिक संकल्प, कई मामलों 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 (पॉलीक्रिस्टलाइन) 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। नमूना और सीसीडी डिटेक्टर। ये चैनल केवल विशिष्ट, समानांतर दिशाओं में तीव्रता संचारित करते हैं, और इस प्रकार नमूना सतह पर डिटेक्टर पिक्सेल और बिंदुओं के बीच एक-से-एक-संबंध की गारंटी देते हैं, जो अन्यथा उच्च तनाव और/या ए के साथ सामग्री के मामले में नहीं दिया जाएगा। मजबूत मोज़ेक। विधि का स्थानिक संकल्प डिटेक्टर पिक्सेल आकार और चैनल प्लेट आवधिकता के संयोजन से सीमित है, जो आदर्श मामले 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 बीमलाइन:
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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)