Detail předmětu

Částicová optika

FSI-TCO Ak. rok: 2020/2021 Zimní semestr

Kurz se zabývá problematikou optiky nabitých částic ve fokusačních a vychylovacích
systémech a spektrometrech. Jsou charakterizovány zdroje elektronů a iontů, optické prvky a systémy přístrojů a zařízení využívající svazky nabitých částic. Kromě praktického provedení jednotlivých prvků částicově optických systémů je důraz kladen také na teorii zobrazení a vad těchto systémů tak, aby studenti byli schopni efektivně využívat prostředky pro návrh těchto systémů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Výsledky učení předmětu

Prohloubení znalostí o chování nabitých částic v elektromagnetických polích. Přehled použití elektronových a iontových čoček a spektrometrů využívaných současnými moderními technologiemi a jejich aplikace.

Prerekvizity

Znalosti elektromagnetismu na úrovni učebnice HALLIDAY, D. – RESNICK, R. – WALKER, J.: Fyzika, VUTIUM, Brno 2001.
MATEMATIKA: Základy vektorové analýzy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.

Způsob a kritéria hodnocení

Aktivní účast na cvičení, zpracování příkladů a protokolu. Zkouška je ústní a skládá se ze dvou otázek z předem zadaného seznamu, k třicetiminutové přípravě je možno použít jakoukoliv literaturu včetně vlastních poznámek z přednášek.

Učební cíle

Cílem kurzu je umožnit studentům prohoubit si znalosti funkcí nejdůležitějších technologických přístrojů používaných v oblasti fyziky povrchů a pevných látek.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Povinná účast na cvičeních, písemné zpracování příkladů. Protokol o výpočtech elektronových čoček prostřednictvím programu EOD.

Použití předmětu ve studijních plánech

Program N-FIN-P: Fyzikální inženýrství a nanotechnologie, magisterský navazující, povinný

Program M2A-P: Aplikované vědy v inženýrství, magisterský navazující
obor M-PMO: Přesná mechanika a optika, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Přehled přístrojů využívajících svazky nabitých částic pro studium složení a struktury látek.
Vlnové a relativistické vlastnosti částic. Pohybová rovnice pro nabité částice v elektrických a magnetických polích.
Kvalitativní popis elektrostatické a magnetické čočky a deflektoru.
Rozvoj potenciálu v blízkosti osy. Realizace multipólů pro částicovou optiku.
Obecné vyjádření rovnice trajektorie, paraxiální rovnice pro rotačně souměrnou a kvadrupólovou čočku, vlastnosti čočky s vychylovacími systémy.
Optické vady systémů v částicové optice.
Transport částic – použití maticového popisu.
Základní numerické metody výpočtu rozložení potenciálu a jejich charakteristika.
Zdroje elektronů a iontů. Základní vlastnosti a použití.
Rastrovací elektronový mikroskop – princip tvorby obrazu, hloubka ostrosti, závislost proudu ve stopě na velikosti stopy. Elektronový litograf.
Prozařovací mikroskop – konstrukce a parametry, tvorba obrazu a kontrastu, difrakce, rastrovací prozařovací mikroskop.
Elektronové a iontové spektrometry – základní typy a vlastnosti.

Cvičení

14 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Pohyb elektronu v homogenním elektrickém a magnetickém poli
Odvození rovnice trajektorie a paraxiální rovnice
Rozvoj potenciálu v blízkosti osy
Geometrické vady 3. řádu elektrostatické a magnetické čočky
Sférická vada magnetické čočky

Cvičení s počítačovou podporou

12 hod., povinná

Osnova

Aberační polynom – znázornění vad, vlastnosti jednotlivých vad a možnosti jejich potlačení. Velikost stopy – rozlišení
Metoda konečných prvků – ukázka řešení 1D elektrostatického pole
Úvod k programu EOD (Electron Optical Design)
EOD – elektrostatická čočka: design čočky, fokusace, výpočty vad
EOD – magnetická čočka, deflektory
Práce na projektu