Книга написана известным бельгийским физиком С. Амелинксом, автором многочисленных работ по исследованию дислока­ций, и посвящена физическим основам методов непосредственного наблюдения дислокаций. Подробно изложены методы избиратель­ного травления, декорирования, рентгеновской дифракцион­ной топографии и особенно просвечивающей электронной микро­скопии. Каждый из рассмотренных методов иллюстрируется боль­шим количеством экспериментальных данных. Весьма подробно рассматривается теория формирования дифракционного кон­траста, обусловленного наличием дислокаций и дефектов упа­ковки.

Книга рассчитана на широкий круг инженеров и физиков как теоретиков, так и экспериментаторов, работающих в раз­личных областях физики твердого тела, а также аспирантов и студентов старших курсов как дополнительное пособие по экс­периментальным методам физики дислокаций.

**

***

ПРЕДИСЛОВИЕ ПЕРЕВОДЧИКА

При изучении реальных кристаллов еще совсем недавно свойства дефектов кристаллического строения оценивались лишь по данным измерений макроскопических характеристик. В последнее же время все большее значение приобретают методы, позволяющие «непосред­ственно» наблюдать и исследовать отдельные структурные дефекты, в частности дислокации. Хотя такие методы разработаны сравни­тельно недавно (примерно в 50-е годы), с их помощью уже провере­ны основные положения теории дислокаций и изучены важнейшие структурно-чувствительные свойства и процессы. Помимо научного интереса, развитие таких работ стимулируется требованиями техни­ческой практики. Число публикаций о ведущихся исследованиях и их применениях растет из года в год (см., например, библиографи­ческий сборник [1]). В Советском Союзе в последние годы резко возросло количество и качество работ, выполненных методами прямого наблюдения дислокаций, возрос интерес к их теоретическо­му обоснованию.

К настоящему времени разработаны и успешно применяются раз­личные методы «прямого» наблюдения дислокаций. Из числа наибо­лее распространенных можно назвать избирательное травление, декорирование, рентгеновскую топографию (рентгеновскую дифрак­ционную микроскопию) и, наконец, просвечивающую электронную микроскопию. Области применения этих методов различны. Их тео­ретические обоснования и описания экспериментальной процедуры разбросаны по отдельным статьям. Поэтому давно уже возникла необходимость в монографии, содержащей подробное описание основных методов непосредственного наблюдения дислокаций со сводкой наиболее существенных результатов. Необходимо подчерк­нуть также, что для анализа и интерпретации результатов, полу­чаемых любыми методами и особенно электронно-микроскопически­ми, значительно возросла роль теории процессов и явлений, лежащих в их основе (характерным примером может служить работа [2] по исследованию аустенитной стали).

Хотя основы теории изображения освещены в имеющейся на русском языке литературе [3—5], а в сборниках переводных статей [7, 8] и обзоре [9] затрагиваются отдельные, в основном дифракционные, методы исследования дислокаций, потребность в системати­ческом изложении всех основных методов, по-видимому, сохраняется.

Предлагаемая нашим читателям в переводе книга бельгийского физика Амелинкса в значительной мере отвечает поставленным выше требованиям, что и послужило основанием к выбору ее для издания. Эта книга является, по-видимому, первой и пока един­ственной монографией, посвященной рассмотрению практически всех методов «непосредственного» наблюдения дислокаций. Автор книги хорошо известен своими, ставшими уже классическими, рабо­тами в области экспериментального исследования дислокаций; им лично или при его активном участии было разработано и применено большинство экспериментальных методов выявления дислокаций.

Книга состоит из четырех глав и трех приложений .

Первая глава книги посвящена методам, которые дают возмож­ность выявить отдельные дислокации в относительно массивных образцах. Это методы избирательного травления, декорирования и рентгеновской дифракционной микроскопии. Возможности этих методов и их применение к различным материалам рассматривались в имеющейся литературе на русском языке [7, 8, 10]. Но в книге Амелинкса изложение всех этих методов сведено воедино, причем большое внимание уделено экспериментальной технике.

К сожалению, автор мало места уделил теоретическому обосно­ванию методов, которое в большинстве своем сводится к сугубо качественным рассуждениям. Отметим, кстати, что для метода изби­рательного травления, например, существует достаточно убедитель­ная теория [10, 11].

Для теоретического построения изображения в случае дифрак­ционных методов обычно прибегают к так называемому колонковому приближению (см., например, [8, 131). При этом кристалл «раз­бивается» на тонкие колонки, в основании которых подсчитывается интенсивность волны, рассеянной каждой данной колонкой. «По­строенное» таким путем теоретическое «клише» сравнивается с изоб­ражениями, полученными в эксперименте. Однако, как показывает анализ [12, 13], подобный метод построения изображения дислока­ций практически неприменим в случае рентгеновских лучей (он пригоден только] для электронной микроскопии). Поэтому рентге­новские методы непосредственного   выявления дислокаций прогрессируют в основном по линии усовершенствования старых и раз­работки новых методов. К числу последних следует отнести не упомянутый в книге метод Лэнга [14], который дает возможность получать топограммы внутренних областей кристалла (метод «ограниченных проекционных топограмм»).

Вторая глава, наиболее интересная, посвящена методу просве­чивающей электронной микроскопии (метод тонких фольг). Предпо­лагается, что читатель знаком с техникой получения электронно-микроскопических изображений (см., например, [3—6]). Здесь рассматриваются основные типы дислокаций и почти все возмож­ные случаи их расположения. Большое внимание уделяется изображению дефектов упаковки [1]). Хорошей особенностью изложе­ния является то, что почти во всех случаях оно проводится в три этапа. Сначала излагается «качественная» теория, дающая физиче­ское представление (иногда, правда, слишком упрощенное) о явле­нии. Потом рассматривается кинематическое, а затем и динамическое приближения. При изложении динамической теории указывается несколько способов решения уравнения Шредингера (в том числе с учетом поглощения).

Весьма полезным является изложение способа графического построения в комплексной плоскости, предложенного Джеверсом, который позволяет очень легко, без сложной математической обра­ботки предсказать особенности ожидаемого контраста.

При интерпретации электронно-микроскопических изображений тонких фольг обычно с надлежащими оговорками используется двухволновое приближение, но предположения, лежащие в его осно­ве, редко выполняются на опыте. Поэтому одним из основных направлений теоретических исследований дифракции электронов является создание многоволновой динамической теории. В этом отно­шении интересна работа Хамфриса и Хауи [15].

Другое направление — создание релятивистской теории дифрак­ции электронов, необходимость в которой связана с появлением микроскопов с ускоряющим напряжением 500, 1000 кв и выше (см., например, [16]). Больших успехов здесь добились японские исследователи [17].

Среди работ, относящихся к рассматриваемой теме, вышедших в свет позже книги Амелинкса, необходимо указать исследо­вания, в которых принимал участие автор книги [18, 29—32], ибо они представляют собой прекрасное сочетание теории с тонким физическим экспериментом.

Третья глава книги посвящена применению метода просвечи­вающей электронной микроскопии к исследованию конкретных дислокационных проблем. В начале главы подробно, с большим числом прекрасных иллюстраций рассматриваются полоски дефек­тов упаковки, дислокационные сетки и реакции в различных кристаллических структурах. Наиболее детально рассмотрены исследованные автором слоистые структуры. Довольно подробно говорится о дефектах, образующихся при агломерации точечных дефектов, геликоидальных дислокациях и т. д.

Известно, что поле напряжений, вызванное наличием дислока­ции, зависит от положения дислокации по отношению к поверхности кристалла. Поэтому при изменении расстояния от поверхности меняется форма дислокации (или полоски дефекта упаковки). Осо­бенно разителен этот эффект при располождении дислокации под поверхностной ступенькой — наблюдается излом дислокации или скачкообразное изменение ширины дефекта упаковки. Этому вопро­су отведен отдельный параграф третьей главы.

Четвертая глава посвящена непосредственному разрешению дислокаций в кристаллической решетке и картинам муара. Пос­ле работ Ментера и Дауэла [19, 20] возник вопрос о непосред­ственном наблюдении линий дислокаций. С течением времени по мере улучшения конструкции электронных микроскопов стало возможным на основе методики Дауэла получать изображения проекций кристалла, соответствующих межплоскостным расстоя­ниям порядка одного ангстрема. Автор на основе двухволновой динамической теории описывает построение профилей таких изо­бражений, причем рассматривает важные случаи клиновидного и изогнутого кристаллов; рассматриваются также применения метода [1]).

В настоящее время большое внимание уделяется исследованию дефектов структуры напыленных пленок (см., например, работы Л. С. Палатника с сотрудниками [21]). Одним из эффективных способов исследования таких объектов является метод муара. Он заключается в исследовании «сандвичей»— двух пленок, подобранных и ориенти­рованных таким образом, что получается некое «геометрическое» увеличение, которое в совокупности с электронно-микроскопиче­ским увеличением позволяет разрешить кристаллическую решетку и ее дефекты. Поэтому весьма актуально изложение вопроса о муаровых изображениях, реализуемых в электронном микроскопе (тем более, что на русском языке этот вопрос, очевидно, впервые изложен столь обстоятельно). Как и раньше, описание разбивается на качественную и количественную теории картин муара. Детально исследуется в кинематическом и динамическом приближениях рас­пределение интенсивности по контуру. Анализируется связь картин муара с наличием дислокаций.

В приложениях рассматриваются свойства контуров, обуслов­ленных дефектами упаковки, симметрия изображения дисклокации и приводится вывод матрицы рассеяния.

Одной из трудностей, возникших при переводе книги, явилось отсутствие в русском научном языке некоторых специфических дислокационных терминов. Большинство использованных терминов соответствует принятым в переводе монографии Фриделя [22] и сло­варю, приведенному в переводе книги Ван Бюрена [23], в осталь­ных случаях был дан смысловой перевод.

За период, прошедший с момента выхода американского издания книги, получено, разумеется, много новых результатов, но это главным образом работы по применению описываемых в книге методов при исследовании тех или иных конкретных задач. Теория этих методов развивается пока медленно; работ в этом направлении немного. Тем не менее, чтобы облегчить читателям знакомство с исследованиями этого периода, библиография, приведенная авто­ром, значительно дополнена работами 1963—1966 гг., которые в известной мере отражают состояние и уровень экспериментальных и теоретических исследований на сегодняшний день.

В. М. Кардонский

--------------

^х) При переводе книги было изменено распределение материала по гла­вам, так чтобы оно лучше соответствовало логике изложения, и сделаны незначительные сокращения. Автор в оригинальном издании, по-видимому, для полноты очень кратко описал ряд малоэффективных или почти не при­меняемых в настоящее время методов (спирали роста, испарение, ступеньки скола, фотоупругость и др.); именно эти страницы и были опущены при переводе. Заодно опущено и беглое упоминание об автоионной микроско­пии; относительно возможностей этого метода см. работы [25—28].

[1]Хотя книга посвящена методам наблюдения дислокаций, в ней зна­чительный объем занимает рассмотрение контраста, обусловленного дефекта­ми упаковки, поскольку дефект упаковки является звеном, связывающим частичные дислокации.

[1]В упоминавшейся работе [18], например, на основе аналогичной мето­дики были получены изображения структур Та₂0₅ и ЫЬ₂0₅, а также отдель­ных дислокаций.