Detail předmětu
Částicová optika a elektronová mikroskopie
FSI-TCO Ak. rok: 2025/2026 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
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Znalosti elektromagnetismu na úrovni učebnice HALLIDAY, D. – RESNICK, R. – WALKER, J.: Fyzika, VUTIUM, Brno 2001.
MATEMATIKA: Základy vektorové analýzy.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
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.
Povinná účast na cvičeních, písemné zpracování příkladů. Protokol o výpočtech elektronových čoček prostřednictvím programu EOD.
Učební cíle
Cílem kurzu je umožnit studentům prohoubit si znalosti funkcí nejdůležitějších technologických přístrojů používaných v oblasti fyziky povrchů a pevných látek.
Prohloubení znalostí o chování nabitých částic v elektromagnetických polích. Přehled použití elektronových a iontových čoček a spektrometrů využívaných současnými moderními technologiemi a jejich aplikace.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-PMO-P: Přesná mechanika a optika, magisterský navazující, povinně volitelný
Program N-FIN-P: Fyzikální inženýrství a nanotechnologie, magisterský navazující, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
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
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