Detail předmětu

Částicová optika a elektronová mikroskopie

FSI-TCOAk. rok: 2025/2026

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

prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství (ÚFI)

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.

Základní literatura

B. Lencová, M. Lenc: Optika iontových svazků. Metody analýzy povrchů. Iontové, sondové a speciální metody. (L. Frank, J.Král, ed.), Academia 2002, 65-103.
B. Sedlák, I. Štoll: Elektřina a magnetismus. Academia 1993.
D. B. Williams, C. B. Carter, Transmission Electron Microscopy (2nd ed.), Springer, 2009 (EN)
J. Orloff (ed.), Handbook of Charged Particle Optics. CRC Press, 2008. (EN)
L. Reimer, Scanning Electron Microscopy (2nd ed.), Springer,1998 (EN)
M. Lenc, B. Lencová: Optické prvky elektronových mikroskopů. Metody analýzy povrchů. Elektronová mikroskopie a difrakce. (L. Eckertová, L. Frank ed.), Academia 1996.

Doporučená literatura

B. Urgošík: Dynamické hmotové spektrometry. SNTL 1972.
S. Humphries, Jr.: Charged Particle Beams. J. Wiley 1990.
V. Hulínský a K. Jurek: Zkoumání látek elektronovým paprskem. SNTL 1982.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-FIN-P magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program N-PMO-P magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc.

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

prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc.

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

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc.

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