ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА

Книга проф. Джона М. Каули посвящена одному из актуальных и быстро развивающихся направлений современной физики твердого тела — рассеянию коротких, порядка межатомных расстояний, волн (рентгеновских, электронных, нейтронных). Круг проблем, затронутых автором, весьма обширен; изложение, несмотря на свою краткость, в большинстве случаев ясное, а используемый математический аппарат — метод сверток и фурье-преобразований — хотя и несколько формален, но компактен и прост.

Значительная часть изложенного материала тесно связана с многочисленными оригинальными работами, выполненными Дж. Каули совместно с его коллегами, а также сотрудниками и учениками в период с середины 50-х годов по 1974 г. Эти работы представляют собой существенный вклад в разработку физики дифракции.

Весьма удачно и интересно написана I часть книги. Здесь изложены некоторые основания волновой и геометрической оптики в общем виде, применимые к волнам любой длины и излучению любой природы. Вместе с тем этот материал содержит приближения и частные вопросы, существенные для многоволновой динамической теории рассеяния быстрых электронов в идеальных кристаллах, для физических основ электронной микроскопии и изучения нарушений идеальной атомной структуры кристаллов. В краткой форме представлены многие положения и результаты, которые подробно изложены в известной книге Борна и Вольфа [1]. Особого упоминания заслуживают дифракция Френеля и фурье-изображение, фурье-преобразование, геометрическая схема формирования изображения, малоугловое приближение и фазовый контраст.

На характере изложения II части «Кинематическая дифракция» сказалось наличие ряда неясных проблем в физике рассеяния коротких волн. Поскольку кинематическое приближение отвечает относительно слабому взаимодействию излучения с веществом, а соотношение амплитуд атомного рассеяния рентгеновских лучей электронов и нейтронов имеет вид

общий физический подход становится затруднительным. В связи с этим атомное рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов кратко рассмотрено в общепринятой трактовке. Для электронов отмечена важность многоволнового рассеяния на том основании, что даже

в отдельных атомах могут иметь место подобные эффекты. Впрочем, сделанные автором замечания по поводу ограниченности первого приближения Борна (стр. 90) носят общий характер и пока неясна процедура их использования при структурных расчетах.

Кинематический подход, или первое приближение Борна, далее, в гл. 5, применяется к газам, жидкостям и некристаллическим твердым телам. С помощью функции Паттерсона, обобщенной за пределы рассеяния в кристаллах, автор наглядно показывает связь реальных атомных структур с их паттерсоновскими образами с привлечением фактора формы в случае очень малых объемов.

В гл. 6 и 16 рассматривается кинематическое рассеяние в (совершенных) кристаллах. Выделим здесь некоторые моменты, касающиеся рентгеноструктурного и электронографического анализов. Автор, возможно, недостаточно четко отметил, что в связи с изучением сложных и сверхсложных структур в рентгеновском анализе приходится решать трудную экспериментально-техническую задачу — достаточно точно (с ошибкой ~1-2%) измерить интенсивности огромного числа отражений, исчисляемых тысячами и десятками тысяч [3]. Помимо этого фундаментальной проблемой, которая сейчас интенсивно разрабатывается, является математическая теория методов прямого определения знаков и фаз указанного огромного массива структурных амплитуд (см. [4-6], там же ссылки на предшествующую литературу).

В связи с материалом, относящимся к теории и экспериментальным методам динамического рассеяния рентгеновских лучей в кристаллах С гл. 8, 9 и 15), можно сослаться на бэлее полное и систематическое изложение [7].

Что касается (быстрых) электронов, то автор недостаточно оценивает значение кинематического механизма рассеяния, уделяя основное внимание динамическому рассеянию, в особенности многоволновому. Между тем, опираясь на экспериментальный материал, накопленный за более чем -летний период, можно утверждать, что количественная интерпретация, отвечающая экспериментальным интенсивностям, существенно различается в двух случаях:

А. Рассеяние в тончайших поликристаллических пленках с толщинами кристалликов 100-300 А и поперечными размерами, во всяком случае, меньшими 1000 А.

Б. Рассеяние в монокристаллических пластинках толщиной 1000 А и более.

В случае А кинематическое приближение или кинематический механизм рассеяния преобладают. При определенных условиях (более крупные кристаллики, наличие тяжелых атомов) учитывается вклад динамического рассеяния (по преимуществу экстинкции) в интенсивности немногих сильных отражений.

В случае Б рассеяние является динамическим. Наиболее

надежные и точные количественные данные получены с использованием двухволнового приближения. Число экспериментальных работ, относящихся к динамическому рассеянию, чрезвычайно ограниченно. Характерной чертой динамической теории служит необходимость знания атомной структуры исследуемого кристалла при вычислении структурных амплитуд отдельных отражений. Такие расчеты отличаются сложностью и выполняются с помощью ЭВМ подчас с затратой, большого машинного времени.

Рассеяние типа А приобрело особую важность в связи с развитием электроники и электронной техники, в частности для структурного контроля пленок, так же как и их состава на отдельных этапах процесса получения.

В течение многих лет с использованием тонких пленок и на основе кинематического приближения было определено более 100 атомных структур, для чего были разработаны теория и методы электронографического анализа [2, 8]. Полученные структурные данные во многих случаях были подтверждены другими методами и, по-видимому, являются вполне надежными. В последние годы была усовершенствована техника измерений интенсивностей отражений и при сопоставлении с (кинематической) теорией для сильных отражений учитываются экстинкция и второе приближение Бете (гл. 8 и 9). Так называемый -фактор [см. формулу (6.25)] для всей совокупности отражений составляет в ряде последних работ для простых структур менее 10% и для более сложных 15 — 17%. Другим важным количественным критерием точности структурного определения является различие экспериментальных значений максимумов потенциала на проекциях и сечениях структурной модели с теоретическими величинами, вычисленными по формуле Вайнштейна ([2], формула (41) на стр. 192). В большинстве случаев это различие составляет другой стороны, такое различие открывает возможность исследования дефектных структур, в которых некоторые положения заполнены атомами лишь статистически (оксиды нитриды

Гл. 13, посвященная электронно-микроскопическим исследованиям, является по необходимости весьма краткой. Более подробные сведения читатель найдет в ряде специальных монографий, в том числе в книге Хирша и др. Пожалуй, наибольший

интерес представляет разд. 13.4; в самые последние годы достигнуты разрешения микроскопа, при которых можно получать изображение проекции атомной структуры вдоль выбранного направления. Сопоставление полученных картин с вычисленными с помощью ЭВМ на основе многоволновой динамической теории проводится пока на качественном уровне.

Гл. 17 посвящена проблеме ближнего и дальнего порядка в сплавах. В ней дается сводка результатов, полученных различными авторами и относящихся соответственно к теории ближнего и дальнего порядка и к теории рассеяния, обусловленного ближним порядком. Примерами могут служить упомянутые в этой главе работы Бори и Спаркса и Грэгга, касающиеся размерных эффектов при рассеянии в сплавах с ближним порядком, а также работы Браута и Клэппа и Мосса. Отмечу, что эти результаты, а также ряд других, относящихся к энергии смещения, были ранее получены М. А. Кривоглазом [11] и приведены в известной книге [12]. Данные о связи между фурье-образом энергии смещения и структурой упорядоченной фазы при О К впервые были опубликованы в работах А. Г. Хачатуряна [13].

Интересно написана гл. 18, посвященная распространенным дефектам в кристаллах. Она может служить введением в более обстоятельные обзоры и главы в известных монографиях.

В заключение следует отметить общую ценность книги, новизну и оригинальность в трактовке многих проблем физики дифракции.

Перевод книги выполнили А. С. Авилов (гл. 8—11, 14—16) и Л. И. Ман (гл. 1—7, 12, 13, 17, 18). 3. Г. Пинскер

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА

Эта книга возникла из записей, которые я сделал в течение последних 10 лет для лекций по физической оптике, физике дифракции и электронной микроскопии, предназначенных студентам старших курсов и аспирантам. Она отражает мой особый интерес к дифракции электронов и дифракции от разупорядоченных и несовершенных кристаллов; в ней используется подход, особенно удобный для рассмотрения именно этих вопросов. Такой метод использует фурье-преобразование с самого начала, а не как обобщение методов рядов Фурье, он не только более удовлетворителен по лежащим в его основе концепциям и теориям, но и позволяет с единых позиций рассматривать все различные разделы физики дифракции, будь то дифракция электронов, рентгеновских лучей или нейтронов.

Поскольку был выбран именно такой метод, вывод общеизвестных понятий дифракции излучения твердыми телами занимает много места и времени. Закон Брэгга появляется лишь в гл. 6 и только как результат построения сферы Эвальда. Это может создать определенные трудности для читателей или студентов, не овладевших общепринятыми методами. Следовательно, книга, вероятно, больше подойдет тем читателям, которые уже знакомы с элементарным курсом дифракции или занимаются физикой дифракции.

Значительная часть книги, относящаяся к дифракции электронов, была создана в сотрудничестве с А. Ф. Муди из Отделения химической физики Организации Британского содружества по научным и промышленным исследованиям (ОБСНПИ) Австралия, который в течение многих лет был моим наставником по вопросам теории дифракции. Выражаю мою искреннюю благодарность ему и всем моим коллегам в ОБСНПИ, Мельбурнском и Аризонском университетах, ценное и дружеское сотрудничество которых сделали возможным появление этой книги и которые позволили мне использовать свои результаты и рисунки. Я хочу также поблагодарить д-ров Като, Боррмана и Бовийена за разрешение привести соответственно фиг. 9.10, 14.4 и 14.5.