Simulation and fitting of X-ray scattering experiments using matrix-based language - NFPL019

• Title: Simulation and fitting of X-ray scattering experiments using matrix-based language
• Guaranteed by: Department of Condensed Matter Physics (32-KFKL)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2022
• Semester: both
• E-Credits: 3
• Hours per week, examination: 2/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: English
• Teaching methods: full-time
• Additional information: http://krystal.karlov.mff.cuni.cz/FPL019
• Note: you can enroll for the course in winter and in summer semester
• Guarantor: Mgr. Lukáš Horák, Ph.D.
• Teacher(s): Mgr. Lukáš Horák, Ph.D.

Annotation

English

Brief theoretical description of selected x-ray scattering experiments, implementing relevant physical models in MATLAB environment. Structure and format of collected experimental data, data importing and data handling in MATLAB. Common optimization routines in MATLAB used for data refinement. X-ray reflectivity, low-res wide / hi- res reciprocal-space mapping, powder diffraction.

Last update: Mikšová Kateřina, Mgr. (09.06.2022)

Czech

Teoretický popis vybraných experimentů RTG rozptylu, implementace relevantních fyzikálních modelů v prostředí MATLAB. Struktura a formát získaných experimentálních dat, jejich import do prostředí MATLAB. Užití optimalizačních algoritmů implementovaných v MATLABU pro fitování získaných dat. RTG reflektivita, reciproké mapy v nízkém / vysokém rozlišení, prášková difrakce.

Last update: Mikšová Kateřina, Mgr. (09.06.2022)

Course completion requirements

English

Mastery of a course is confirmed by an exam. To pass the exam, the student has to solve easy problem (30-45 min) of importing experimental data, their visualization and fitting by a simple model in MATLAB.

Last update: Mikšová Kateřina, Mgr. (09.06.2022)

Czech

Předmět je zakončen zkouškou. K získání zkoušku je třeba vyřešit snadný problém importování experimentálních dat do prostředí MATLAB, jejich vizualizace a fit jednoduchým modelem.

Last update: Mikšová Kateřina, Mgr. (09.06.2022)

Literature

English

V. Valvoda, M. Polcarová, P. Lukáč : Základy strukturní analýzy. Karolinum. Praha 1992

V. Holý, U. Pietsch, T. Baumbach : High-Resolution X-ray Scattering from Thin Films and Multilayers. Springer Verlag. Berlin Heidelberg 1999

MathWorks, MATLAB Documentation for version R2022a. [Online] 2022. https://www.mathworks.com/help/

William H. Press .et al : Numerical Recipes in C : the Art of Scientific Computing. Cambridge [Cambridgeshire] ; New York :Cambridge University Press, 1992.

Last update: Mikšová Kateřina, Mgr. (09.06.2022)

Requirements to the exam

Předmět je zakončen formou ústní zkoušky. Požadavky k ústní zkoušce odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, jakým byl odpřednášen.

Last update: Daniš Stanislav, doc. RNDr., Ph.D. (10.10.2017)

Syllabus

English

Data importing and data handling in MATLAB

• reading data from text, csv files, XRDML, RAS, HDF5, SPEC, IMG file formats

• effective organization of data in memory

• exporting of simulation data

Implementing physical models in MATLAB environment

• simple model of line-profile for powder diffractograms

• calculation of specular XRR reflectivity

• implementation of mosaic crystal model for high-resolution diffraction on epitaxial layers

• simulation of low-resolution wide reciprocal space maps, calculation of diffraction spots from the crystal orientation

Using MATLAB optimization routines

• least square method, simplex method, genetic algorithm, simulated annealing, enhanced non-linear optimization routines

• implementing of user defined Fitness function for different optimization routines

Last update: Mikšová Kateřina, Mgr. (09.06.2022)

Czech

Import dat a jejich správa v prostředí MATLAB

• načítání dat z textových formátů, csv soborů, a speciálních formátů XRDML, RAS, HDF5, SPEC a IMG.

• effektivní organizace dat v paměti.

• export simulovaných dat.

Implementace fyzikálních modelů v MATLABU

• jednoduchý model profilu píků v práškové difrakci

• výpočet zrcadlové odrazivosti RTG záření

• implementace modelu mozaikového krystal pro vysokorozlišující difrakci na epitaxních vrstvách

• simulace nízkorozlišujících širokých map, výpočet poloh difrakčních píků na základě uvažované orientace krystalu.

Použití optimalizačních rutin v MATLABU

• metoda nejmenších čtverců, simplexová metoda, genetický algoritmus, simulované žíhání, pokročilé nelinární optimalizační algortimy

• implementování uživatelské Fitness funkce pro minimalizování různím optimalizačními rutinami.

Last update: Mikšová Kateřina, Mgr. (09.06.2022)