Name: picometer-precision atomic position tracking through electron microscopy
Uploaded: 2021-07-03T14:00:00
Duration: 15 min 4 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Picometer-Precision Atomic Position Tracking through Electron Microscopy at JoVE.com

L.M. ve N.A.'nın çalışmaları, DMR-2011839 (2020 - 2026) hibe numarası altında bir NSF MRSEC olan Penn State Nanoscale Sciences Merkezi tarafından desteklenmektedir. D.M., ABD Enerji Bakanlığı (DOE) için UT-Battelle, LLC tarafından yönetilen ORNL'nin Laboratuvara Yönelik Araştırma ve Geliştirme (LDRD) Programı tarafından desteklendi. A.C. ve N.A., Destek için Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi (AFOSR) programı FA9550-18-1-0277 ve GAME MURI, 10059059-PENN'i kabul eder.

<ol>
	<li>Batson, P. E., Dellby, N., Krivanek, O. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-a&#229;ngstrom+resolution+using+aberration+corrected+electron+optics.">Sub-a&#229;ngstrom resolution using aberration corrected electron optics.</a> Nature. , (2002).</li><li>Haider, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+microscopy+image+enhanced.">Electron microscopy image enhanced.</a> Nature. , (1998).</li><li>Muller, D. A., Nakagawa, N., Ohtomo, A., Grazul, J. L., Hwang, H. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic-scale+imaging+of+nanoengineered+oxygen+vacancy+profiles+in+SrTiO3.">Atomic-scale imaging of nanoengineered oxygen vacancy profiles in SrTiO3.</a> Nature. , (2004).</li><li>Findlay, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robust+atomic+resolution+imaging+of+light+elements+using+scanning+transmission+electron+microscopy.">Robust atomic resolution imaging of light elements using scanning transmission electron microscopy.</a> Applied Physics Letters. , (2009).</li><li>Tate, M. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+Dynamic+Range+Pixel+Array+Detector+for+Scanning+Transmission+Electron+Microscopy.">High Dynamic Range Pixel Array Detector for Scanning Transmission Electron Microscopy.</a> Microscopy and Microanalysis. , (2016).</li><li>Rodenburg, J. M., McCallum, B. C., Nellist, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+tests+on+double-resolution+coherent+imaging+via+STEM.">Experimental tests on double-resolution coherent imaging via STEM.</a> Ultramicroscopy. 48, 304-314 (1993).</li><li>Jiang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+ptychography+of+2D+materials+to+deep+sub-&#229;ngstr&#246;m+resolution.">Electron ptychography of 2D materials to deep sub-&#229;ngstr&#246;m resolution.</a> Nature. 559, 343-349 (2018).</li><li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deciphering+chemical+order/disorder+and+material+properties+at+the+single-atom+level.">Deciphering chemical order/disorder and material properties at the single-atom level.</a> Nature. , (2017).</li><li>Bals, S., Van Aert, S., Van Tendeloo, G., &#193;vila-Brande, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistical+estimation+of+atomic+positions+from+exit+wave+reconstruction+with+a+precision+in+the+picometer+range.">Statistical estimation of atomic positions from exit wave reconstruction with a precision in the picometer range.</a> Physics Review Letters. , (2006).</li><li>Kim, Y. M., He, J., Biegalski, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+oxygen+vacancy+concentration+and+homogeneity+in+solid-oxide+fuel-cell+cathode+materials+on+the+subunit-cell+level.">Probing oxygen vacancy concentration and homogeneity in solid-oxide fuel-cell cathode materials on the subunit-cell level.</a> Nature Mater. 11, (2012).</li><li>Azizi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defect+Coupling+and+Sub-Angstrom+Structural+Distortions+in+W1-xMoxS2+Monolayers.">Defect Coupling and Sub-Angstrom Structural Distortions in W1-xMoxS2 Monolayers.</a> Nano Letters. , (2017).</li><li>Reifsnyder Hickey, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Illuminating+Invisible+Grain+Boundaries+in+Coalesced+Single-Orientation+WS2+Monolayer+Films.">Illuminating Invisible Grain Boundaries in Coalesced Single-Orientation WS2 Monolayer Films.</a> arXiv. , (2020).</li><li>Mukherjee, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic-scale+measurement+of+polar+entropy.">Atomic-scale measurement of polar entropy.</a> Physics Review B. 100, 1-21 (2019).</li><li>Yadav, A. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+polar+vortices+in+oxide+superlattices.">Observation of polar vortices in oxide superlattices.</a> Nature. , (2016).</li><li>Yankovich, A. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-rigid+registration+and+non-local+principle+component+analysis+to+improve+electron+microscopy+spectrum+images.">Non-rigid registration and non-local principle component analysis to improve electron microscopy spectrum images.</a> Nanotechnology. , (2016).</li><li>Ishizuka, K., Abe, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improvement+of+Spatial+Resolution+of+STEM-HAADF+Image+by+Maximum-Entropy+and+Richardson-Lucy+Deconvolution.">Improvement of Spatial Resolution of STEM-HAADF Image by Maximum-Entropy and Richardson-Lucy Deconvolution.</a> EMC. , (2004).</li><li>Ophus, C., Ciston, J., Nelson, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correcting+nonlinear+drift+distortion+of+scanning+probe+and+scanning+transmission+electron+microscopies+from+image+pairs+with+orthogonal+scan+directions.">Correcting nonlinear drift distortion of scanning probe and scanning transmission electron microscopies from image pairs with orthogonal scan directions.</a> Ultramicroscopy. , (2016).</li><li>Lee, C. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+learning+enabled+strain+mapping+of+single-atom+defects+in+two-dimensional+transition+metal+dichalcogenides+with+sub-picometer+precision.">Deep learning enabled strain mapping of single-atom defects in two-dimensional transition metal dichalcogenides with sub-picometer precision.</a> Nano Letters. , (2020).</li><li>Savitzky, B. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bending+and+breaking+of+stripes+in+a+charge+ordered+manganite.">Bending and breaking of stripes in a charge ordered manganite.</a> Nature Communications. 8, 1-6 (2017).</li><li>Stone, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+scale+imaging+of+competing+polar+states+in+a+Ruddlesden-Popper+layered+oxide.">Atomic scale imaging of competing polar states in a Ruddlesden-Popper layered oxide.</a> Natature Communications. 7, 1-9 (2016).</li><li>Mukherjee, D., Miao, L., Stone, G., Alem, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=mpfit:+a+robust+method+for+fitting+atomic+resolution+images+with+multiple+Gaussian+peaks.">mpfit: a robust method for fitting atomic resolution images with multiple Gaussian peaks.</a> Advanced Structural and Chemical Imaging. , (2020).</li><li>Wang, Y., Salzberger, U., Sigle, W., Eren Suyolcu, Y., van Aken, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+octahedra+picker:+A+software+tool+to+extract+quantitative+information+from+STEM+images.">Oxygen octahedra picker: A software tool to extract quantitative information from STEM images.</a> Ultramicroscopy. 168, 46-52 (2016).</li><li>Nord, M., Vullum, P. E., MacLaren, I., Tybell, T., Holmestad, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomap:+a+new+software+tool+for+the+automated+analysis+of+atomic+resolution+images+using+two-dimensional+Gaussian+fitting.">Atomap: a new software tool for the automated analysis of atomic resolution images using two-dimensional Gaussian fitting.</a> Advanced Structral and Chemical Imaging. 3, 9 (2017).</li><li>De Backer, A., vanden Bos, K. H. W., Vanden Broek, W., Sijbers, J., Van Aert, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=StatSTEM:+An+efficient+approach+for+accurate+and+precise+model-based+quantification+of+atomic+resolution+electron+microscopy+images.">StatSTEM: An efficient approach for accurate and precise model-based quantification of atomic resolution electron microscopy images.</a> Ultramicroscopy. 171, 104-116 (2016).</li><li>Yankovich, A. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Picometre-precision+analysis+of+scanning+transmission+electron+microscopy+images+of+platinum+nanocatalysts.">Picometre-precision analysis of scanning transmission electron microscopy images of platinum nanocatalysts.</a> Nature Communications. , (2014).</li></ol>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Satın alma sonrası işleme üzerinde çalışırken, bazı dikkatlerin de alınması gerekir. Başlangıç olarak, görüntü sürüklenme düzeltmesi sırasında algoritma, 0° görüntünün yatay hızlı tarama yönüne sahip olduğunu varsayar, bu nedenle hesaplamadan önce yönü iki kez kontrol edin. Tarama yönü doğru ayarlanamazsa, sürüklenme düzeltme algoritması başarısız olur ve hatta çıktı17'de yapıtlar tanıtabilir. Daha sonra görüntüleme denoising sırasında, bazı yöntemler bir eser tanıtabilir; örneğin, Fourier filtrelemesi boş pozisyonlarda atom sütunu karşıtlığı oluşturabilir veya uzamsal çözünürlük düzgün bir şekilde sınırlı değilse görüntülerdeki ince özellikleri kaldırabilir. Sonuç olarak, denoised görüntülerin orijinal ham giriş görüntülerine yakından benzeyip benze olmadığını doğrulamak hayati derecede önemlidir.
Daha sonra, yerel maksimum/minimuma göre ilk atomik konumları belirlerken, atomik sütunlar arasında gereksiz konumlar oluşturmaktan kaçınmak için tepeler arasındaki kısıtlama minimum mesafesini ayarlamaya çalışın. Bu gereksiz konumlar, algoritmanın görüntüdeki yerel maxima/minimayı yanlışlıkla atomik sütunlar olarak tanıması nedeniyle oluşturulan yapılardır. Ayrıca, görüntüdeki çeşitli atom türleri arasında büyük kontrast farkları varsa (örneğin, WS2'ninADF-STEM görüntülerinde) konumların çoğunu bulmak için eşik değerini ayarlayabilirsiniz. Görüntüdeki ilk atomik konumların çoğunu elde ettikten sonra, eksik olanları manuel olarak eklemeye veya en iyi çabayla ekstra olanları kaldırmaya çalışın. Ayrıca, atomların indeksleme yöntemi, görüntü içindeki periyodikliklerde büyük kesintiler olmadığında en etkili yöntemdir. Görüntüde sunulan tane sınırları veya aşama sınırları gibi kesintiler olduğunda, dizin oluşturma başarısız olabilir. Bu sorunun çözümü, görüntüdeki ilgi alanlarını tanımlamak (EASY-STEM uygulamasında İlgi Alanını Tanımla düğmesini tıklatarak) ve ardından her alandaki konumları ayrı ayrı dizine ekleyip iyileştirmektir. Daha sonra, aynı görüntüdeki farklı alanların veri kümelerini tek bir veri kümesinde kolayca birleştirebilir ve analiz üzerinde çalışabilir.
Son olarak, 2D-Gauss tepe bağlantı parçaları uyguladıktan sonra, rafine konumların atomik sütunlardan sapıp sapmadiğini görmek için montaj sonuçlarını doğrulamak için rafine konum noktalarını giriş görüntüsüne dağıtır. Tek Gauss montaj algoritmasının sağladığı doğruluk STEM deneylerinin çoğunda yeterlidir; ancak, konum komşu atomun yoğunluğu nedeniyle sapıyorsa, yoğunluğu bitişik atom sütunlarından izole etmek için çok tepeli bağlantı (mpfit) algoritmasını kullanın21. Aksi takdirde, görüntü kalitesi sorunu veya belirli atom sütunlarından gelen düşük yoğunluk nedeniyle konum sapıyorsa, bu konumdaki takılı konumun atılması önerilir.
Atomik konum ölçümü için birkaç mevcut ve özel algoritma vardır, örneğin, oksijen oktahedra seçici yazılımı22, Atomap python paketi23ve StatSTEM Matlab paketi24. Ancak, bu algoritmaların belirli yönleriyle bazı sınırlamaları vardır. Örneğin, oksijen oktahedra seçici, STEM görüntülerinin girişinin yalnızca açıkça çözülmüş atomik sütunları içermesini gerektirir ve bu nedenle atomik sütunların üst üste bindiği görüntülerdeki sorunu çözemedi21. Öte yandan, Atomap "dambıl benzeri" atom sütunlarının konumlarını hesaplayabilse de, işlem çok basit değildir. Ek olarak, StatSTEM çakışan yoğunlukları ölçmek için harika bir algoritmadır, ancak yinelemeli model tabanlı montaj işlemi hesaplama açısından pahalıdır21. Buna karşılık, gelişmiş mpfit algoritması ile entegre edilen Matlab uygulaması EASY-STEM ile birlikte bu çalışmada tanıtılan yaklaşımımız, üst üste gelen yoğunluk sorununu ele alabilir ve rekabetçi ölçüm hassasiyeti sunarken StatSTEM'den daha az hesaplama açısından pahalıdır. Ayrıca Atomap'tan gelen analizler ve oksijen oktahedra seçici yazılım paketleri ABO3 perovskit kristallerinden elde edilen verileri analiz etmek için tasarlanmış ve uzmanlaştırılırken, bu çalışmada gösterilen indeksleme sistemi farklı malzeme sistemleri konusunda çok daha esnektir. Bu çalışmadaki yöntemle, kullanıcılar hem rafine atomik konumları hem de birim hücre vektör dizinlemesi içeren çıktı sonuçlarına göre benzersiz malzeme sistemleri için veri analizini tamamen tasarlayabilir ve özelleştirebilirler.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62164/62164fig06.jpg"> Şekil 6: Atomik konum bulgusunun istatistiksel nicelemesi. (a) Perovskit A-sitesinin histogramda sunulan A-site mesafesine dağılımı. Normal dağılım uyumu, 300,5 pm ortalaması ve 16:8 standart sapmasını gösteren kırmızı kesikli çizgi olarak çizilir ve kaplanır. (b) Perovskit birim hücre vektör açısı ölçümünün istatistiksel niceliği histogram olarak sunulur. Normal dağıtım bağlantısı, ortalama 90,0° ve standart sapma 1,3° gösteren kırmızı kesikli çizgi olarak çizilir ve kaplanır. (c) Ca3Ru2O7 (CRO) cinsinden polar yer değiştirme ölçümünün istatistiksel nicelemesi histogram olarak sunulmuştur. Normal dağıtım bağlantısı, 25.6 pm ortalamasını ve 7.7 pm standart sapmasını gösteren kırmızı kesikli çizgi olarak çizilir ve <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62164/62164fig06large.jpg" target="_blank">kaplanır.</a>
Burada tanıtılan yöntem, uygulama için pikometre düzeyinde hassasiyet ve basitlik sağlar. Ölçüm hassasiyetini göstermek için, atomik konum bulgusunun istatistiksel nicelemesi Şekil 6'dasunulmuştur. Kübik ABO3 perovskit A-site mesafe dağılımı ve birim hücre vektör açısı dağılımı ölçümleri sırasıyla Şekil 6a ve Şekil 6b'dehistogram kullanılarak çizilir. Normal dağılım eğrisini dağılımlara uydurarak, A-site mesafe dağılımı ortalama 300,5 pm ve standart sapma 16:8 ve birim hücre vektör açısı dağılımı ortalama 90,0° ve standart sapma 1,3° gösterir. İstatistiksel niceleme, burada önerilen yöntemin pikometre düzeyinde hassasiyet sağladığını ve görüntüleme sırasında sürüklenmeye bağlı bozulmayı büyük ölçüde hafifletebileceğini gösterir. Bu sonuç, ölçülecek fiziksel bilgiler kabaca 22:00'ye kadar büyük veya eşit olduğunda bu ölçümün güvenilir olduğunu göstermektedir. Örneğin, yukarıda belirtilen CRO kristalleri söz konusu olduğunda, kutup yer değiştirmenin büyüklüğünün ölçümü Şekil 6c'de sunulmuştur. Ölçüm ortalama 25.6 pm, standart sapma 7.7 pm gösterir ve CRO STEM görüntülerinde polar yer değiştirme ölçümünün sağlam olduğunu gösterir. Ayrıca, ışına duyarlı numuneleri görüntülerken düşük sinyal-gürültü oranı gibi deneysel sınırlamalar durumunda daha dikkatli olunması gerekir. Bu durumlarda, ölçülen atomik konumların, ölçümün geçerliliğini sağlamak için ham görüntülere karşı yakından incelenmesi gerekir. Sonuç olarak, burada tanıtılan analiz yöntemi, daha yeni ve gelişmiş algoritmalarla karşılaştırıldığında ölçüm hassasiyetinde sınırlamalara sahiptir. Alt pikometre düzeyinde hassasiyet gerektiğinde yöntemimiz yetersizdir, bu nedenle görüntüde çıkarılacak özellik belirli bir eşiğin altındaysa daha gelişmiş bir analiz rutini gereklidir. Örneğin, sert olmayan kayıt algoritması silikon üzerinde alt pikometre hassas ölçümü göstermiştir ve tek bir Pt nanopartikül25'tebağ uzunluğu varyasyonunun doğru ölçülmesine olanak tanır. Son zamanlarda, derin öğrenme algoritması, çok miktarda STEM görüntü verisinden 2-B geçiş metal dichalcogenides monolayerlerindeki çeşitli nokta kusurlarını tanımlamak için kullanıldı. Daha sonra, ölçüm farklı kusur türlerinin ortalama görüntüsü üzerinde yapıldı ve bu yöntem aynı zamanda bu kusurların etrafındaki bozulmada alt pikometre seviyesi hassasiyetini gösterdi18. Sonuç olarak, analiz kapasitesini artırmak için bir gelecek planı olarak, derin öğrenme gibi daha gelişmiş algoritmalar geliştirme ve uygulama konusunda ilerliyoruz. Ayrıca bunları gelecekteki veri analizi aracı güncellemelerine entegre etmeye çalışacağız.

Modern tarama iletim elektron mikroskobunda (STEM) küresel sapma düzeltmesinin geliştirilmesi, mikroskobun angstrom boyutunda elektron ışınları1,2ile kristalleri araştırmasını sağlamıştır. Bu, hem ağır hem de hafif elementler için yorumlanabilir atomik çözünürlüklü görüntülere sahip çok çeşitli kristallerdeki bireysel atomik sütunların görüntülenmesini sağlamıştır3,4. Pikselli doğrudan elektron dedektörleri ve veri analizi algoritmalarındaki son gelişmeler, ptychography gibi faz rekonstrüksiyon görüntüleme tekniklerini, mekansal çözünürlükte yaklaşık 30 pm5, 6,7'yekadar daha fazla iyileştirme sağlamıştır. Ek olarak, STEM tomografislerindeki son ilerleme, tek nano parçacık8'inüç boyutlu atomik çözünürlük yeniden yapılandırılmasını bile sağlamıştır. Böylece elektron mikroskobu, malzemelerdeki yapısal özellikleri hem yüksek hassasiyet hem de meydana özgüllükle ölçmek için olağanüstü güçlü bir araç haline gelmiştir.
Veri girişi olarak ultra yüksek çözünürlüklü STEM görüntüleri ile atomik ölçekte kristallerden fiziksel bilgi elde etmek için yapısal bozulmaların doğrudan ölçümleri9,10. Örneğin, WS2 monolayer'daki bir Mo dopant ile tek bir S boşluğu arasındaki kusur bağlantısı, atomik konumlar ölçülerek ve daha sonra öngörülen bağ uzunlukları hesaplanarak doğrudan görselleştirildi11. Ayrıca, monolayer WS2'dekibirleşik tahıl sınırları gibi kristal arayüzlerdeki ölçüm, yerel atom düzenlemesini sergileyebilir12. LiNbO3'teki ferroelektrik alan duvarlarında yapılan interfacial analiz, alan duvarının Ising ve Neel eyaletlerinin bir kombinasyonu olduğunu ortaya koydu13. Başka bir örnek, SrTiO3-PbTiO3 süperlattiklerinde elde edilen kutup girdabı yapılarının görselleştirilmesidir, titanyum atomik sütun yer değiştirmelerinin stronsiyum ve kurşun kolon pozisyonlarına göre hesaplanması ile elde edilir14. Son olarak, yerel olmayan prensip bileşen analizi 15 , Richardson ve Lucy dekonvolüsyon16, doğrusal olmayan kayıt17ile sürüklenme düzeltme ve derin öğrenme ile örüntü tanıma gibi bilgisayar görme algoritmalarındaki gelişmeler, ölçümün doğruluğunu alt pikometre hassasiyeti18'eönemli ölçüde güçlendirdi. Bu örneklerden biri, sinyal-gürültü oranını artırmak için birden fazla hızlı tarama kriyojenik-STEM görüntüsünün hizalanması ve görüntü kaydıdır. Daha sonra, periyodik kafes bozulmasını doğrudan görselleştirerek kristallerdeki yük yoğunluğu dalgalarını analiz etmek için Fourier maskeleme tekniği uygulandı19. İnanılmaz sapma düzeltilmiş STEM enstrümantasyonu dünya çapındaki araştırmacılar tarafından giderek daha fazla erişilebilir olsa da, gelişmiş veri analizi prosedürleri ve yöntemleri nadir kalır ve veri analizi deneyimi olmayan biri için muazzam bir engeldir.
Mevcut çalışmada, atomik çözünürlüklü STEM görüntülerinin metrolojisi için tam yolu sergiliyoruz. Bu işlem, öncelikle SAPT görüntülerini sapma düzeltilmiş bir mikroskopla elde etmeyi ve ardından gelişmiş ölçüm doğruluğu için alım sonrası denoising / drift-düzeltme gerçekleştirmeyi içerir. Daha sonra, atom sütunu konumlarını 2D-Gauss tek tepe montajı veya hafifçe çakışan atom sütunları için çok tepeli montaj rutinleri ile net bir şekilde çözmek ve doğru bir şekilde ölçmek için mevcut yöntemleri daha fazla tartışacağız20,21. Son olarak, bu öğretici kristal yapılar içinde veya kafes periyodikliğinin bozulduğu kusurlarda / arayüzlerde kafes bozulması / zorlanmasının nicelleştirilmesi için yöntemleri tartışacaktır. Ayrıca, özel analiz kodu veya yazılım yazmaya gerek kalmadan STEM görüntülerinin analizine yardımcı olabilecek grafik kullanıcı arayüzüne (GUI) sahip, kendi geliştirdiğiniz basit bir ücretsiz MATLAB uygulaması (EASY-STEM) sunacağız. Burada sunulan gelişmiş veri analizi yöntemleri, çok çeşitli malzemelerde kusur gevşemelerinin, lokal yapısal bozulmaların, yerel faz dönüşümlerinin ve merkezkapim dışının yerel nicelemesi için uygulanabilir.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>EASY-STEM</td>
			<td>Nasim Alem Group, Pennsylvania State University</td>
			<td></td>
			<td>Matlab app for STEM image processing; Download link: https://github.com/miaoleixin1994/EASY-STEM.git</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JoVE article example script</td>
			<td>Nasim Alem Group, Pennsylvania State University</td>
			<td></td>
			<td>Example Script for sorting atoms in unit cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlab Optimization Tool Box</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td></td>
			<td>Optimization add-on packge in Matlab</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlab</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td></td>
			<td>Numerical calculation software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlab: Image Processing Tool Box</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td></td>
			<td>Image processing add-on packge in Matlab</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

picometer-precision atomic position tracking through electron microscopy

Modern sapma düzeltilmiş tarama iletim elektron mikroskopları (AC-STEM), atomik sütunların angstrom altı çözünürlükle doğrudan görselleştirilmesini başarıyla sağlamıştır. Bu önemli ilerleme ile gelişmiş görüntü nicelemesi ve analizi henüz ilk aşamalardadır. Bu çalışmada atomik çözünürlük tarama iletim elektron mikroskopisi (STEM) görüntülerinin metrolojisi için tam bir yol sunuyoruz. Bu, yüksek kaliteli STEM görüntüleri elde etmek için (1) ipuçlarını içerir; (2) ölçüm doğruluğunu artırmak için denoising ve sürüklenme düzeltme; (3) ilk atomik pozisyonların elde edilir; (4) birim hücre vektörlerine dayanarak atomları indeksleme; (5) atom sütun konumlarını 2D-Gauss tek tepe montajı veya (6) hafifçe çakışan atomik sütunlar için çok tepeli montaj rutinleri ile ölçmek; (7) kristal yapılar içindeki kafes bozulmasının/zorlanmasının veya kafes periyodikliğinin bozulduğu kusurlarda/arayüzlerde nicelleştirilmesi; ve (8) analizi görselleştirmek ve sunmak için bazı yaygın yöntemler.
Ayrıca, grafik kullanıcı arayüzüne (GUI) sahip kendi geliştirdiği basit bir ücretsiz MATLAB uygulaması (EASY-STEM) sunulacaktır. GUI, özel analiz kodu veya yazılım yazmaya gerek kalmadan STEM görüntülerinin analizine yardımcı olabilir. Burada sunulan gelişmiş veri analizi yöntemleri, çok çeşitli malzemelerde kusur gevşemelerinin, lokal yapısal bozulmaların, yerel faz dönüşümlerinin ve merkezkapim dışının yerel nicelemesi için uygulanabilir.

Şekil 3, protokoldeki 1. Şekil 3a'da ABO3 perovskitin birim hücresinin ham ADF-STEM görüntüsü gösterilmiştir ve yoğunluk profili Şekil 3b'de 3-Bolarak çizilmiştir. Şekil 3c, Şekil 3a'dakiSTEM görüntüsüne Gauss filtrelemesi uygulandıktan ve yoğunluk profili Şekil 3d'de çizildikten sonra sonucu gösterir. İlk konumlar görüntüdeki yerel maxima bulunarak belirlenir ve pozisyonlar Şekil 3e'desarı dairelerle gösterilir. Atomik konumlar birim hücre vektörüne göre dizine eklenir ve Şekil 3f'de gösterilir. İlk konum bulunduktan ve indekslendikten sonra, ölçümü daha da iyileştirmek için 2D-Gauss bağlantı elemanı uygulanır. Şekil 3g ve Şekil 3h'de, takılan konumlar kırmızı daireler olarak belirtilir, rafine konumlar ilk pozisyonlara (sarı daireler) kıyasla merkeze daha yakın olduğu için ölçüm hassasiyeti iyileştirilir. Son olarak, mpfit algoritmasını üst üste binen yoğunluklara uygulamanın avantajı, BaMnSb2 kristalinin ADF-STEM görüntüsünde sergilenmiştir (Şekil 3i). Normal 2D-Gauss bağlantı parçası (kırmızı daireler), sarı oklarla vurgulandığı gibi Mn sütunlarında ciddi şekilde başarısız olurken, mpfit algoritması pozisyonları çok daha doğru bir şekilde belirleyebilir (yeşil daireler).
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62164/62164fig04.jpg"> Şekil 4: Ca 3 Ru2O7 'nin (CRO) HAADF-STEM görüntüsü( a) Ca 3 Ru2O7(CRO) kristalinin ADF-STEM görüntüsünün büyütülmüş görüntüsü, kristal yapısı şematik üst üste bindirilmiştir. Perovskit katmanındaki Ca atomunun göreli yer değiştirmesi sarı okla vurgulanır. (b) CRO ve (c) rafine atom konumları (kırmızı noktalar) kaplama ile drift düzeltilmiş ve denoised ADF-STEM görüntü. (d) Perovskit tabakasındaki üst (kırmızı), orta (mavi) ve alt (sarı) Ca atomlarını tanımlamak için dizin oluşturma sistemi kullanma örneği. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62164/62164fig04large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
Ca3Ru2O7'nin (CRO) HAADF-STEM görüntüsü Şekil 4a ve Şekil 4b'de (kaplanmış kristal yapısıyla) gösterilmiştir. CRO, A21kutup uzay grubuna sahip bir Ruddlesden-Popper faz perovskit kristalidir. ADF-STEM görüntüleme, daha ağır elementlerden (Ca ve Ru) gelen kontrastı gösterir, ancak daha hafif atomlar HAADF dedektörleriyle görünür olacak kadar güçlü ışın saçılmadığı için O atomları görselleştirilmez. Kristal yapının merkezkömestrmetrisi O oktahedra'nın eğilmelerinden kaynaklanır ve Ca atomunun çift perovskit tabakasının ortasındaki yer değiştirmesi analiz edilerek ADF-STEM görüntülerinde görselleştirilebilir. Protokol bölümünde listelenen adımları izleyerek, şekil 4c'degösterildiği gibi, bu görüntüdeki tüm atomik konumlar, takılı 2D-Gauss tepelerinin merkezlerini bularak bulunabilir. Ayrıca, indeksleme sistemi kullanılarak, adım 3.2'de, birim hücredeki her atom türü tanımlanabilir ve daha fazla işlem için kullanılabilir. Örneğin, perovskit çift katmanının üst, orta ve alt tarafındaki Ca atomları kolayca tanımlanabilir ve konumları Şekil 4d'degösterildiği gibi farklı renklerle dolu dairelerle sunulur.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62164/62164fig05.jpg"> Şekil 5: Fiziksel bilgi. (a) Merkez Ca yer değiştirme deseninden elde edilen polarizasyonu gösteren vektör haritasının uygulanmasına bir örnek. Oklar oryantasyona göre renklendirilir (kırmızı sağda, mavi solda). Dikey 90° kafa kafaya ve kafadan kuyruğa alan duvarları mavi oklarla, yatay 180° alan adı duvarı ise kırmızı okla gösterilir. (b) Polarizasyonu gösteren yanlış renkli haritanın uygulanmasına bir örnek. Renk, sol (sarı) ve sağ (mor) yönlerdeki büyüklüğü gösterir. Azaltılmış büyüklük soluk renkle sonuçlanır. (c) Görüntüdeki εxx zorluğunu gösteren yanlış renkli haritanın uygulanmasına bir örnek. Renk, çekme (kırmızı) ve basınç (mavi) gerinim değerini gösterir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62164/62164fig05large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
STEM görüntülerindeki atomları konumlandırdıktan ve dizine aldıktan sonra, fiziksel bilgiler Şekil 5'tegösterildiği gibi çeşitli çizim türleri aracılığıyla ayıklanabilir ve görselleştirilebilir. Polarizasyon yönünü gösteren vektör haritası Şekil 5a'da gösterilmiştir. Oklar öngörülen polarizasyon yönüne işaret eder ve okları yönelimlerine göre renklendirerek, görüntünün üst kısmında dikey bir kafa kafaya 90° etki alanı duvarı (mavi oklarla etiketlenmiş) ve yatay 180° etki alanı duvarı (kırmızı oklarla etiketlenmiş) gösterilir. Şekil 5b'degösterildiği gibi yanlış renkli harita oluşturularak, merkezdeki solan renk üzerinden azalan bir kutup yer değiştirme büyüklüğü gözlenebilir ve böylece kafadan kuyruğa alan duvarı görselleştirilebilir. Vektör haritası ve yanlış renk haritasını birleştirerek, üç etki alanı duvarının oluşturduğu T-kavşağı ADF-STEM görüntüsünde gösterilir. Ayrıca, ölçülen görüntüdeki her birim hücrenin boyutuyla, Şekil 5c'degösterildiği gibi bir εxx gerinim haritası oluşturulabilir.

Watch this Scientific Journal Video about Picometer-Precision Atomic Position Tracking through Electron Microscopy at JoVE.com

Picometer-Precision Atomic Position Tracking through Electron Microscopy

Bu çalışma, atomik çözünürlük iletim elektron mikroskopisi görüntülemede atomik konum izleme için bir iş akışı sunar. Bu iş akışı açık kaynaklı bir Matlab uygulaması (EASY-STEM) kullanılarak gerçekleştirilir.

Elektron Mikroskopisi ile Pikometre-Hassas Atomik Konum Takibi

The modern aberration-corrected scanning transmission electron microscopes (AC-STEM) have successfully achieved direct visualization of atomic columns ...

Sapma düzeltmesi, gelişmiş elektron mikroskoplarındaki çözünürlüğü angstrom altı seviyesine indirmemizi sağladı ve bu da bir kristaldeki tek tek atomları çözmemizi sağladı. Bu ilerlemeyle birlikte, birçok bilim insanı için büyük bir engel olduğunu bildiğim yazılım veya gelişmiş veri analizi yöntemlerinden hala yoksunuz. Burada, atomik çözünürlüklü lekeli görüntülerin tam metrolojisini gerçekleştirmemizi sağlayan EasySTEM adı verilen kendi geliştirdiği, ücretsiz bir MATLAB uygulaması sunuyoruz.Basit fare tıklamaları tarafından kullanılabilen bir yazılım grafik kullanıcı arayüzü ve özel gelişmiş kodlar yazmaya gerek yok. Burada bu öğreticide, önce satın alma sonrası denoising ve sürüklenme düzeltmesi için ipuçları sunuyoruz ve daha sonra atom sütun konumlarının, kafes suşunun nicelleştirilmesinin ve kristaldeki bozulmanın yanı sıra kusurların ve arayüzlerin nasıl doğru bir şekilde ölçüleceklerini gösteriyoruz. Daha sonra, birçok STEM görüntüsünde zor olan çakışan atom sütunlarının nasıl ayrıştırılacağını ve ayrıca geliştirdiğimiz ve yazılıma dahil ettiğimiz birim 7 karıştırma algoritmalarını kullanarak farklı atom türlerinin nasıl ayrıştırılacağını gösteriyoruz.Atomik konum nicelemesinin genel prosedürünü gösteren akış şeması aşağıdadır. Protokol, iyi görüntü verileri elde etmek için birkaç ipucuyla başlar. Öncelikle yüksek TEM numune kalitesi sağlayın.Görüntüleme için lekeli, temiz ve hasarsız TEM örneklerini kullanmaya çalışın. Numune işleme ve yükleme sırasında dokunarak numuneyi yanlışlıkla kirletmekten kaçının. İkinci olarak, eklemeden önce örneği temizleyin.Plazma temizleyici kullanarak, vakumu pişirerek veya ışın duşu uygulayarak numuneyi temizleyin. Görüntülemenin yapıldığı hasarlı veya kontamine alanlardan kaçının. Üçüncü olarak, mikroskobu hizalayın ve sapma katsayılarını mümkün olduğunca en aza indirmek için sapma düzelticilerini ayarlayın.Uzamsal çözünürlüğün yeterli olduğunu onaylamak için standart bir örnekte birkaç STEM görüntüsü alarak çözünürlüğü görev edin. Dört, görüntüleme sırasında, optik eksen kristalin belirli bölge ekseniyle hizalanana kadar numuneyi eğin. Beşinci olarak, elektron ışını hasarını en aza indirirken elektron dozunu optimize edin ve görüntüleme sırasında numune sürüklenmesini sınırlayın.Buradaki amaç, ışın hasarına neden olmadan veya görüntüleme eserleri oluşturmadan gürültü oranına daha yüksek bir sinyale sahip olmaktır. Son olarak, farklı tarama yönlerine sahip STEM görüntüleri elde edin. Normalde önce bir tarama görüntüsü alın ve tarama yönünü 90 derece döndürdükten hemen sonra ikincisini aynı bölgeden alın.Görüntüler, tarama talimatları dışında aynı görüntüleme koşulu kullanılarak alınmalıdır. Bu adımın amacı, döndürülen görüntüleri sürüklenme düzeltme algoritmasına beslemektir. Daha sonra, farklı tarama yönlerine sahip iki veya daha fazla görüntüyu düzeltme algoritmasına besleyerek doğrusal olmayan düzeltme algoritmasıyla sürüklenme düzeltmesi gerçekleştirin.Algoritma, sürüklenen düzeltilmiş STEM görüntülerinin çıktısını alacaktır. Açık kaynaklı MATLAB kodu ve sürecin ayrıntılı açıklaması Colin Ophus tarafından yazılan orijinal makalede bulunabilir. Burada, analize yardımcı olmak için grafik kullanıcı arayüzüne sahip Easy-STEM adlı ücretsiz bir interaktif MATLAB uygulaması sunuyoruz.Arayüz, ilgili düğmelerde etiketlenmiş tüm adımlarla birlikte şekilde gösterilir. Analizden önce, önce sol üst köşedeki görüntü dosyasını yükle düğmesine tıklayarak drift düzeltilmiş STEM görüntüsünü yükleyin. Ardından, kalibrasyon değerini piksel başına pikometre birimine manuel olarak girin.Bir sonraki adım çeşitli görüntü denoising teknikleri uygulamaktır. İlgili işlevler arayüzün sol alt köşesinde bulunabilir. İlk teknik Gauss filtrelemesi.Ortalamaya yakın piksel yoğunluklarının sayısını seçmek için bir kaydırıcı vardır. Kaydırıcıyı hareket ettiresiniz ve görüntüye Gauss filtresi uygulanır. İkincisi Fourier filtrelemesi.Sol altta FFT adlı bir sekme bulun. Yüksek frekanslı gürültüyü azaltmak için uzamsal frekansı kısıtlamak için bir kaydırıcı vardır. Kaydırıcıyı hareket ettirir ve Fourier filtresi görüntüye uygulanır.Üçüncüsü Richardson ve Lucy dekonvolüsyon. Sol alt köşede, sırasıyla kör dekonvolüzyon ve Richardson-Lucy dekonvolüzyon yinelemeleri için iki giriş kutusu olan dekonvolüzyon adlı bir sekme bulun. değerini değiştirin ve düğmeyi tıklatarak dekonvolüasyon algoritmasını uygulayın.İkinci adım: atom konumu bulma ve rafine etme. İlgili işlevler sağ yan panelde bulunabilir. İlk olarak, ilk atom pozisyonlarını bulun.Giriş kutusundaki en yakın iki tepe arasındaki mesafeyi tanımlayan değeri değiştirerek piksel cinsinden minimum mesafeyi tanımlayın. Ardından, Easy-STEM uygulamasında ilk konumu bul düğmesine tıklayın Lütfen, neredeyse kaçınılmaz olarak, bu basit algoritmayı kullanarak ekstra pozisyonlar veya eksik pozisyonlar olduğunu unutmayın. Böylece Easy-STEM uygulamasında ilk atom konumlarını düzeltmek için manuel bir düzeltme modu oluşturulur.İlk konumları eklemek veya kaldırmak için fare imleci girişini kullanmanıza izin verir Sonraki dizin ilk atom konumlarını birim hücre vektörü tabanlı bir sistemle dizine ekleyin. İlk olarak, görüntüde bir başlangıç noktası tanımlayın. Easy-STEM uygulamasında, düğmeye tıkladıktan sonra menşei bul düğmesine tıklayın, işaretçiyi başlangıç olarak tanımlamak için ilk atom konumlarından birine sürükleyin.İkinci olarak, 2D birim hücresini tanımlayın siz ve v vektörleri ve birim hücre kesirleri. Kafes fraksiyonu, siz ve v, birim hücre vektörü boyunca kafes kesir değerini belirler. Örneğin, ABO3 perovskit birim hücresinde, birim hücre iki dik birim hücre vektör yönleri boyunca eşit olarak iki yarıya bölünebilir.Sonuç olarak, her birim hücre vektör yönleri boyunca iki kesir vardır. Yani birim hücre kesir değerleri sırasıyla sizin ve v yönleri için 2 ve 2'dir. u, v bul düğmesini tıklatın ve işaretçiyi birim hücrelerinin sonuna sürükleyin.Kafes frac you ve lat frac v giriş kutularındaki değeri değiştirerek kafes kesir değerini tanımlayın. Ardından, ilk atom konumlarını elde ettikten ve görüntüdeki atomları indeksledikten sonra tüm atomları indekslemek için kafes hesapla düğmesine tıklayın. Analizde alt piksel düzeyi hassasiyetini elde etmek için her atomik sütunun etrafına bir 2B Gauss montajının yapılması gerekir.Atom konumlarını 2D Gauss bağlantı elemanıyla iyileştirmek için EasySTEM uygulamasındaki rafine konumlara tıklayın. Takılan tepelerin merkezi montajdan sonra çizilecektir. İşte isteğe bağlı bir adım:MPFit algoritmasını kullanarak atomik konumları daraltın.Bitişik atomik sütunlardan gelen yoğunluklar birbiriyle çakışırken, 2D Gauss çok tepeli bağlantı algoritmasıyla atomik konumu iyileştirmek için EasySTEM'deki MPFit çakışıyor düğmesini tıklatın. Son olarak atom konumu nokta kaydet düğmesine tıklayarak sonuçları kaydedin. Uygulama, kullanıcıdan kaydetme konumunu ve dosya adını ister.Kaydedilen tüm sonuçlar, MATLAB çalışma alanında atom_pos adı verilen değişkene dahil edilir. Değişkenin içinde atom_pos posRefineM adında bir alan var. İyileştirilmiş konumlar sütun üç ve dördüncü ve dizin oluşturma sütun sekiz ve dokuz olarak listelenir.Şekil üç atom konumu izlemenin örnek sonuçlarını gösterir. APO3 perovskit birim hücresinin ham ADF gövde görüntüsü şekil 3A'da gösterilir ve yoğunluk profili 3B şeklinde 3B olarak çizilir. Şekil 3C, Şekil 3A'da STEM görüntüsüne Gauss filtrelemesi uygulandıktan ve yoğunluk profili şekil 3D olarak çizildikten sonra sonuçları gösterir.İlk atom konumları şekil 3E'deki sarı daireler tarafından belirtilir. Atomik konumlar birim hücre vektörlerine göre dizine eklenir ve şekil 3F olarak gösterilir. Şekil 3G ve 3H'de, 2D Gauss rafine pozisyonları kırmızı daireler olarak belirtilir.Son olarak, MPFit algoritmasını çakışan yoğunluklara uygulama avantajı şekil 3I'de sergilenmiştir. Üçüncü adım:fiziksel bilgi ayıklama. Fiziksel bilgi ekstraksiyonu göstermek için, uygulama STEM görüntüsü kalsiyum-3 ruthenium-2 oksit-7 Kalsiyum Ruthenat kristali şekil 4A ve 4B gösterilmiştir.Birinci ve ikinci adımı takiben, rafine atom pozisyonları belirlenir ve şekil 4C'de gösterilir. Ayrıca, indeksleme sistemi kullanılarak, her atom türü tanımlanabilir ve daha fazla işlem için kullanılabilir. Örneğin perovskit tabakasının üst orta ve alt tarafındaki kalsiyum atomları kolayca tanımlanabilir ve konumları şekil 4D'de gösterildiği gibi farklı renklerle dolu dairelerle sunulur.Burada, birim hücre dizinine göre atomik yer değiştirmenin nasıl ölçülecekleri ile ilgili gösteri yerdir. Kalsiyum Ruthenate kristalinden elde edilen STEM görüntü verileri örnek olarak burada kullanılmaktadır. Bu kristaldeki kutup yer değiştirmesi, çift perovskit tabakasının merkezindeki kalsiyum atomlarının yer değiştirmesi analiz edilerek ADF STEM görüntülerinde görselleştirilebilir.Önce bir birim hücre merkezi tanımlayın. Burada, merkez kalsiyum yer değiştirmesini ölçmek için referans konumu, üst ve alt kalsiyum atomlarının ortalama konumu olarak tanımlanır. Lütfen bu görüntüdeki Kalsiyum Ruthenate kristalinin 4 numaralı kafes fraksiyonu dikey yönde 10 ve burada gösterildiği gibi yatay yönde iki tane olduğunu unutmayın.Yukarıda belirtilen dizin oluşturma sistemi kullanılarak, her birim hücredeki tüm atomlar dizine eklenir. İlk katmandaki iki tür kalsiyum atom 0 ve 0.4 ile etiketlenmiştir. Ve ikinci katmandakiler 0.5 ve 0.9 ile etiketlenmiştir.İkincisi, yerinden edilmiş atomun konumunu bulun. Buradaki yer değiştiren sayım atomı 0.2 ve 0.7 Ile etiketlenmiştir Üçüncü, tekrar tekrar referans birim hücre merkezlerinin konumlarını ve görüntüdeki tüm birim hücreler için yer değiştirmiş atomları bulur. Son olarak, ölçülen pozisyonlara göre yer değiştirme vektörü hesaplayın.Yinelemeli olarak, belirli atomların konumlarını bulmayı ve yer değiştirmeyi ölçmeyi içeren ilgili MATLAB kodu ek malzemelere eklenir. Ardından, kafes suşunu ölçün. EasySTEM uygulamasında, arayüzün sol üst kısmındaki nicele sekmesinin altındaki atomik konumlara göre gerinim hesapla düğmesine tıklayın.Ayrıntılı hesaplama işlemi birden çok adım içerir ve el ile komut dosyasında ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Veri görselleştirme için atomik mesafe, atomik yer değiştirme, gerinim vb. Ayrıntılı uygulama makale metninde yer almaktadır ve işte Kalsiyum Ruthenat kristali ile ilgili önceki örnekten bazı temsili sonuçlar.Şekil 5A, kutup ötelemesini gösteren vektör haritalarının uygulanmasına bir örnektir. Oklar oryantasyona göre renklendirilir. Dikey 90 derece alan duvarları mavi oklarla, yatay 180 derece alan duvarı ise kırmızı okla gösterilir.Şekil 5B, polarizasyonları gösteren renk haritalarının uygulanmasına bir örnektir. Renkler, sol ve sağ yönlerdeki büyüklüğü gösterir. Soluk renkteki büyüklük sonuçlarını azaltın Şekil 5C, gerinimini yatay yönde gösteren renk haritalarının uygulanmasına bir örnektir.Kırmızı ve mavi renk sırasıyla çekme gerinim ve basınç geriniminin değerini gösterir. Ölçüm hassasiyetini göstermek için Şekil 6A, histogram olarak sunulan perovskit A bölgeleri arasındaki ölçülen mesafenin istatistiksel nicelliğini göstermektedir. Normal dağıtım bağlantısı, 300,5 pikometrenin ortalamasını ve 4,8 pikometrenin standart sapması gösteren çizgiyi kırmızı kesikli olarak çizilir ve üst üste bindirilir.Şekil 6B, histogram olarak sunulan perovskit birim hücre vektör açısı ölçümünün istatistiksel nicelliğini göstermektedir. Normal dağıtım bağlantısı çizilir ve 90,0 derecenin ortalamasını ve 1,3 derecelik standart sapmayı gösterir. Şekil 6C, histogram olarak sunulan Kalsiyum Ruthenat kristalinde kutup yer değiştirme ölçümünün istatistiksel nicelliğini göstermektedir.Normal dağıtım bağlantısı çizilir ve 25,6 pikometrenin ortalamasını ve 7,7 pikometrelik standart sapmayı gösterir. Analizden sonra, veri işleme tarafından oluşturulan yapı olmadığından emin olmak için ham verilerinizi iki kez kontrol ettiğinizden emin olun. Burada önerilen bu prosedürün, elektron mikroskopi görüntü işlemeyi görerek çok çeşitli uygulamalara sahip olacağına ve araştırmacıların yapısal özellik ilişkilerini kategorize etmelerine ve belirlemelerine yardımcı olacağına inanıyorum.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

Cu geliştirilmiş Heterojonksiyonlar Kalite<sub&gt; 2</sub&gt; Depolar Atmosfer Basıncı Mekansal Atom Katman Optimizasyonu ile Güneş Pilleri O tabanlı<br /&gt; Zn<sub&gt; 1-x</sub&gt; Mg<sub&gt; X</sub&gt; O

Atmospheric pressure spatial atomic layer deposition (AP-SALD) was used to deposit n-type ZnO and Zn1-xMgxO thin films onto p-type thermally oxidized Cu2O ...

1,3,5-Triphenylbenzene and Corannulene as Electron Receptors for Lithium Solvated Electron Solutions

Lityum Solvate Elektron Çözümleri Elektron Reseptör olarak 1,3,5-Triphenylbenzene ve Corannulene

The authors report on conductivity studies carried out on lithium solvated electron solutions (LiSES) prepared using two types of polyaromatic ...

Characterizing Electron Transport through Living Biofilms

Elektron taşıma yaşayan biyofilmler ile karakterize

Here we demonstrate the method of electrochemical gating used to characterize electrical conductivity of electrode-grown microbial biofilms under ...

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

Hücre içi sıvı iletim elektron mikroskobu nano tanecikleri, kendinden montajlı takibi için

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

Obtaining 3D Chemical Maps by Energy Filtered Transmission Electron Microscopy Tomography

3D kimyasal haritalar tarafından enerji elde etme transmisyon elektron mikroskobu tomografi filtre

Energy filtered transmission electron microscopy tomography (EFTEM tomography) can provide three-dimensional (3D) chemical maps of materials at a ...

Analysis of Minerals Produced by hFOB 1.19 and Saos-2 Cells Using Transmission Electron Microscopy with Energy Dispersive X-ray Microanalysis

Mineraller hFOB 1.19 tarafından üretilen ve SAO'lar-2 hücreleri kullanarak transmisyon elektron mikroskobu ile enerji dağıtıcı x-ışını Microanalysis Analizi

This video presents the use of transmission electron microscopy with energy dispersive X-ray microanalysis (TEM-EDX) to compare the state of minerals in ...

Using Graphene Liquid Cell Transmission Electron Microscopy to Study in Situ Nanocrystal Etching

Using Graphene Liquid Cell Transmission Electron Microscopy to Study in Situ Nanocrystal Etching

Situ Nanocrystal gravür çalışmaya Graphene sıvı hücre iletim elektron mikroskobu kullanarak

Graphene liquid cell electron microscopy provides the ability to observe nanoscale chemical transformations and dynamics as the reactions are occurring in ...

Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles

Karmaşık Metal Oksit nano tanecikleri erimiş tuz sentezi

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. ...

Preparation of Graphene-Supported Microwell Liquid Cells for In Situ Transmission Electron Microscopy

Preparation of Graphene-Supported Microwell Liquid Cells for In Situ Transmission Electron Microscopy

Situ şanzıman elektron mikroskobu Için Graphene destekli Mikrowell sıvı hücrelerinin hazırlanması

The fabrication and preparation of graphene-supported microwell liquid cells (GSMLCs) for in situ electron microscopy is presented in a stepwise protocol. ...

Atomic Force Microscopy Combined with Infrared Spectroscopy as a Tool to Probe Single Bacterium Chemistry

Atomik Kuvvet Mikroskopisi, Tek Bakteri Kimyasını Araştırmak için Bir Araç Olarak Kızılötesi Spektroskopi ile Birleştirildi

Atomic Force Microscopy-Infrared Spectroscopy (AFM-IR) is a novel combinatory technique, enabling simultaneous characterization of physical properties and ...