Name: Picometer-Precision Atomic Position Tracking door elektronenmicroscopie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-07-03T14:00:00.000+00:00
Duration: 15 min 4 s
Description: Ontdek een workflow voor atoompositietracking in elektronenmicroscopie met de open-source MATLAB-app Easy-STEM. Deze gebruiksvriendelijke tool maakt geavanceerde beeldanalyse toegankelijk zonder programmeerkennis.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Het werk van L.M. en N.A. ondersteund door het Penn State Center for Nanoscale Sciences, een NSF MRSEC onder het subsidienummer DMR-2011839 (2020 - 2026). D.M. werd ondersteund door ORNL's Laboratory Directed Research and Development (LDRD) Program, dat wordt beheerd door UT-Battelle, LLC, voor het Amerikaanse Ministerie van Energie (DOE). A.C. en N.A. erkennen het Air Force Office of Scientific Research (AFOSR) programma FA9550-18-1-0277 evenals GAME MURI, 10059059-PENN voor ondersteuning.

<ol><li>Batson, P. E., Dellby, N., Krivanek, O. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sub-a%C3%A5ngstrom+resolution+using+aberration+corrected+electron+optics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Sub-aångstrom 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/pubmed?term=((Electron+microscopy+image+enhanced%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Atomic-scale+imaging+of+nanoengineered+oxygen+vacancy+profiles+in+SrTiO3%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Robust+atomic+resolution+imaging+of+light+elements+using+scanning+transmission+electron+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((High+Dynamic+Range+Pixel+Array+Detector+for+Scanning+Transmission+Electron+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Microscopy+and+Microanalysis%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Experimental+tests+on+double-resolution+coherent+imaging+via+STEM%5BTitle%5D)+AND+%22Ultramicroscopy%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Electron+ptychography+of+2D+materials+to+deep+sub-%C3%A5ngstr%C3%B6m+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Electron ptychography of 2D materials to deep sub-ångström resolution.</a> Nature. 559, 343-349 (2018).</li>
<li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deciphering+chemical+order%2Fdisorder+and+material+properties+at+the+single-atom+level%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">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., Ávila-Brande, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Statistical+estimation+of+atomic+positions+from+exit+wave+reconstruction+with+a+precision+in+the+picometer+range%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Probing+oxygen+vacancy+concentration+and+homogeneity+in+solid-oxide+fuel-cell+cathode+materials+on+the+subunit-cell+level%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Mater%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Defect+Coupling+and+Sub-Angstrom+Structural+Distortions+in+W1-xMoxS2+Monolayers%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Illuminating+Invisible+Grain+Boundaries+in+Coalesced+Single-Orientation+WS2+Monolayer+Films%5BTitle%5D)+AND+%22arXiv%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Atomic-scale+measurement+of+polar+entropy%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+Review+B%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Observation+of+polar+vortices+in+oxide+superlattices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Non-rigid+registration+and+non-local+principle+component+analysis+to+improve+electron+microscopy+spectrum+images%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Improvement+of+Spatial+Resolution+of+STEM-HAADF+Image+by+Maximum-Entropy+and+Richardson-Lucy+Deconvolution%5BTitle%5D)+AND+%22EMC%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Correcting+nonlinear+drift+distortion+of+scanning+probe+and+scanning+transmission+electron+microscopies+from+image+pairs+with+orthogonal+scan+directions%5BTitle%5D)+AND+%22Ultramicroscopy%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Deep+learning+enabled+strain+mapping+of+single-atom+defects+in+two-dimensional+transition+metal+dichalcogenides+with+sub-picometer+precision%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Bending+and+breaking+of+stripes+in+a+charge+ordered+manganite%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Atomic+scale+imaging+of+competing+polar+states+in+a+Ruddlesden-Popper+layered+oxide%5BTitle%5D)+AND+%22Natature+Communications%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((mpfit%3A+a+robust+method+for+fitting+atomic+resolution+images+with+multiple+Gaussian+peaks%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Structural+and+Chemical+Imaging%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Oxygen+octahedra+picker%3A+A+software+tool+to+extract+quantitative+information+from+STEM+images%5BTitle%5D)+AND+%22Ultramicroscopy%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Atomap%3A+a+new+software+tool+for+the+automated+analysis+of+atomic+resolution+images+using+two-dimensional+Gaussian+fitting%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Structral+and+Chemical+Imaging%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((StatSTEM%3A+An+efficient+approach+for+accurate+and+precise+model-based+quantification+of+atomic+resolution+electron+microscopy+images%5BTitle%5D)+AND+%22Ultramicroscopy%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Picometre-precision+analysis+of+scanning+transmission+electron+microscopy+images+of+platinum+nanocatalysts%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Picometre-precision analysis of scanning transmission electron microscopy images of platinum nanocatalysts.</a> Nature Communications. , (2014).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets bekend te maken.

Bij het werken aan de verwerking na de acquisitie moet ook enige voorzichtigheid worden betrachten. Om te beginnen gaat het algoritme er tijdens de beelddriftcorrectie van uit dat de 0° afbeelding de horizontale snelle scanrichting heeft, dus controleer de richting vóór de berekening. Als de scanrichting niet correct is ingesteld, mislukt het driftcorrectiealgoritme en kunnen er zelfs artefacten in de uitvoerworden geïntroduceerd 17. Vervolgens kunnen bepaalde methoden tijdens het denoiseren van de beeldvorming een artefact introduceren; De Fourier-filtering kan bijvoorbeeld atomenkolomcontrast creëren op de leegstandssites of fijne objecten in de afbeeldingen verwijderen als de ruimtelijke resolutie niet goed is beperkt. Daarom is het van vitaal belang om te controleren of de gedenoiseerde afbeeldingen sterk lijken op de originele onbewerkte invoerafbeeldingen.
Probeer vervolgens bij het bepalen van de initiële atoomposities op basis van lokaal maximum/minimum de minimale afstand tussen pieken aan te passen om te voorkomen dat er redundante posities tussen atoomkolommen ontstaan. Deze redundante posities zijn artefacten die zijn gegenereerd omdat het algoritme per ongeluk de lokale maxima/minima in de afbeelding herkent als atoomkolommen. Bovendien kan men de drempelwaarde aanpassen om de meeste posities te vinden als er grote contrastverschillen zijn tussen verschillende atoomsoorten in de afbeelding (bijvoorbeeld in ADF-STEM-afbeeldingen van WS2). Nadat u de meeste van de eerste atoomposities in de afbeelding hebt verkregen, probeert u handmatig ontbrekende posities toe te voegen of extra te verwijderen met de beste inspanning. Bovendien is de methode voor de indexering van de atomen het meest effectief wanneer er geen grote onderbrekingen zijn in de periodiciteiten in het beeld. Wanneer er onderbrekingen zijn, zoals korrelgrenzen of fasegrenzen in de afbeelding, kan de indexering mislukken. De oplossing voor dit probleem is om de interessegebieden in de afbeelding te definiëren (door te klikken op de knop Interessegebied definiëren in de EASY-STEM-app) en vervolgens de posities binnen elk gebied afzonderlijk te indexeren en te verfijnen. Daarna kan men eenvoudig datasets van verschillende gebieden in dezelfde afbeelding combineren tot één set gegevens en aan de analyse werken.
Ten slotte, na het aanbrengen van 2D-Gaussiaanse piekfittingen, strooit u de verfijnde positiespunten op het invoerbeeld om de montageresultaten te verifiëren om te zien of de verfijnde posities afwijken van de atoomkolommen. De nauwkeurigheid van het enkele Gaussiaanse montagealgoritme is voldoende in de meeste STEM-experimenten; als de positie echter afwijkt vanwege de intensiteit van een naburig atoom, gebruikt u in plaats daarvan het multi-peak fitting (mpfit) algoritme om de intensiteit van aangrenzende atoomkolommen te isoleren21. Anders, als de positie afwijkt als gevolg van het probleem met de beeldkwaliteit of de lage intensiteit van de specifieke atoomkolommen, wordt voorgesteld om de gemonteerde positie op die locatie weg te gooien.
Er zijn verschillende bestaande en gespecialiseerde algoritmen voor de atoompositiemeting, bijvoorbeeld de zuurstof octahedra picker software22,Atomap python pakket23en StatSTEM Matlab pakket24. Deze algoritmen hebben echter enkele beperkingen in bepaalde aspecten. De zuurstofochedrakiezer vereist bijvoorbeeld dat de invoer van STEM-beelden alleen duidelijk opgeloste atoomkolommen bevat en zo het probleem in de afbeeldingen met overlappende intensiteiten van atoomkolommen niet kan aanpakken21. Aan de andere kant, hoewel Atomap de posities van "dumbbell-achtige" atoomkolommen kan berekenen, is het proces niet erg eenvoudig. Bovendien is de StatSTEM een geweldig algoritme voor het kwantificeren van de overlappende intensiteiten, maar het iteratieve modelgebaseerde montageproces is rekenkundig duur21. Onze aanpak, geïntroduceerd in dit werk samen met de Matlab-app EASY-STEM, die is geïntegreerd met het geavanceerde mpfit-algoritme, kan daarentegen het probleem van de overlappende intensiteit aanpakken en is minder rekenkundig duur dan StatSTEM, terwijl het concurrerende meetprecisie biedt. Bovendien zijn de analyse van Atomap en de zuurstof octahedra picker softwarepakketten ontworpen en gespecialiseerd voor het analyseren van de gegevens van ABO3 perovskietkristallen, terwijl het indexeringssysteem dat in dit werk wordt getoond veel flexibeler is over verschillende materiaalsystemen. Met de methode in dit werk kunnen gebruikers de gegevensanalyse voor hun unieke materiaalsystemen volledig ontwerpen en aanpassen op basis van de uitvoerresultaten die zowel verfijnde atoomposities als de eenheidscelvectorindexering bevatten.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62164/62164fig06.jpg"> Figuur 6: Statistische kwantificering van de bevinding van de atoompositie. (a) De verdeling van de perovskiet A-site naar de A-plaats afstand gepresenteerd in een histogram. De normale verdeelfitting wordt uitgezet en bedekt als de rode stippellijn met het gemiddelde van 300,5 pm en de standaardafwijking van 16,8 uur. (b) De statistische kwantificering van de vectorhoekmeting perovskieteenheid wordt gepresenteerd als een histogram. De normale verdeelinrichting wordt uitgezet en bedekt als de rode stippellijn met het gemiddelde van 90,0° en de standaardafwijking van 1,3°. c) De statistische kwantificering van de polaire verplaatsingsmeting in Ca3Ru2O7 (CRO) wordt gepresenteerd als histogram. De normale verdeelfitting wordt uitgezet en bedekt als de rode stippellijn met het gemiddelde van 25,6 pm en de standaarddeviatie van 19,7 pm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62164/62164fig06large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
De hier geïntroduceerde methode biedt precisie op picometerniveau en eenvoud voor implementatie. Om de meetnauwkeurigheid aan te tonen, wordt de statistische kwantificering van de bevinding van de atoompositie weergegeven in figuur 6. De metingen van kubieke ABO3 perovskiet A-site afstandsverdeling en eenheidscelvectorhoekverdeling worden uitgezet met behulp van histogram in respectievelijk figuur 6a en figuur 6b. Door de normale verdelingscurve aan de verdelingen aan te passen, toont de A-site afstandsverdeling een gemiddelde van 300,5 pm en een standaarddeviatie van 16,8 pm en een eenheidscelvectorhoekverdeling met een gemiddelde van 90,0° en een standaarddeviatie van 1,3°. De statistische kwantificering geeft aan dat de hier voorgestelde methode precisie op picometerniveau mogelijk maakt en de vervorming als gevolg van drift tijdens beeldvorming aanzienlijk kan verlichten. Dit resultaat suggereert dat deze meting betrouwbaar is wanneer de te meten fysieke informatie groter is of gelijk is aan ongeveer 22.00 uur. In het geval van bovengenoemde CRO-kristallen wordt bijvoorbeeld de meting van de grootte van de polaire verplaatsing weergegeven in figuur 6c. De meting toont een gemiddelde van 25,6 pm, een standaarddeviatie van 19,7 pm, en laat zien dat de polaire verplaatsingsmeting in CRO STEM-beelden solide is. Bovendien moet meer voorzichtigheid worden betrachten in het geval van experimentele beperkingen, zoals een lage signaal-ruisverhouding bij beeldvormingsstraalgevoelige monsters. In die gevallen moeten de gemeten atoomposities nauwkeurig worden onderzocht aan de hand van de onbewerkte beelden om de geldigheid van de meting te garanderen. Bijgevolg heeft de hier geïntroduceerde analysemethode beperkingen aan de meetprecisie in vergelijking met recentere en geavanceerdere algoritmen. Onze methode is onvoldoende wanneer de precisie vereist is op sub-picometerniveau, dus een meer geavanceerde analyseroutine is noodzakelijk als de functie die in de afbeelding moet worden geëxtraheerd onder een bepaalde drempel ligt. Het niet-rigide registratiealgoritme heeft bijvoorbeeld sub-picometer precisiemeting op silicium getoond en maakt nauwkeurige meting van de variatie van de bindingslengte op een enkel Pt nanodeeltje25mogelijk. Onlangs werd het deep learning-algoritme gebruikt om verschillende soorten puntdefecten in 2D-overgangsmetaaldichalcogeniden monolagen te identificeren op grond van een enorme hoeveelheid STEM-beeldgegevens. Later werd de meting uitgevoerd op het gemiddelde beeld van verschillende soorten defecten en deze methode toonde ook sub-picometerniveauprecisie op de vervorming rond die defecten18. Als toekomstig plan voor het vergroten van de analysecapaciteit zijn we dan ook bezig met het ontwikkelen en implementeren van meer geavanceerde algoritmen zoals deep learning. We zullen ook proberen ze te integreren in de toekomstige updates van de data-analysetool.

De ontwikkeling van sferische aberratiecorrectie in de moderne scanningtransmissie elektronenmicroscoop (STEM) heeft microscopisten in staat gesteld kristallen te onderzoeken met elektronenbundels van subangromformaat1,2. Hierdoor kon individuele atoomkolommen in een grote verscheidenheid aan kristallen worden weergegeven met interpreteerbare atoomresolutiebeelden voor zowel zware als lichte elementen3,4. Recente ontwikkelingen in gepixelde directe elektronendetectoren en data-analysealgoritmen hebben fasereconstructiebeeldvormingstechnieken mogelijk gemaakt, zoals ptychografie, met verdere verbeteringen in ruimtelijke resolutie tot rond 22.00 uur5,6,7. Bovendien heeft de recente vooruitgang in STEM-tomografie zelfs een driedimensionale atoomresolutiereconstructie van het enkele nanodeeltje8mogelijk gemaakt. De elektronenmicroscoop is zo een buitengewoon krachtig hulpmiddel geworden voor het kwantificeren van structurele eigenschappen in materialen met zowel hoge precisie als plaatsspecifiekheid.
Met de ULTRA-hoge resolutie STEM-beelden als gegevensinvoer werden directe metingen van structurele vervormingen uitgevoerd om fysieke informatie uit kristallen op atoomschaal9,10te extraheren . De defectkoppeling tussen een Mo dopant in de WS2 monolayer en een enkele S-vacature werd bijvoorbeeld direct gevisualiseerd door de atoomposities te meten en vervolgens de geprojecteerde bindingslengtes11te berekenen. Bovendien kan de meting op kristalinterfaces, zoals de samengepersmde korrelgrenzen in monolaag WS2, de lokale atoomschikking12tentoonstellen . De interfaciale analyse uitgevoerd op de ferro-elektrische domeinmuren in LiNbO3 onthulde dat de domeinmuur een combinatie is van Ising en Neel staten13. Een ander voorbeeld is de visualisatie van de polaire vortexstructuren die zijn bereikt in de SrTiO3-PbTiO3 superlattices, bereikt door berekening van de titanium atoomkolomverplaatsingen met betrekking tot de strontium- en loodkolomposities14. Ten slotte hebben de vooruitgang in computervisiealgoritmen, zoals beelddenoising met niet-lokale principecomponentanalyse15, Richardson en Lucy deconvolutie16, driftcorrectie met niet-lineaire registratie17, en patroonherkenning met deep learning, de nauwkeurigheid van de meting tot sub-picometerprecisie aanzienlijk versterkt18. Een voorbeeld hiervan is de uitlijning en beeldregistratie van meerdere snelscan cryogene STEM-beelden om de signaal-ruisverhouding te verbeteren. Vervolgens werd de Fourier-maskeertechniek toegepast om de ladingsdichtheidsgolven in kristallen te analyseren door de periodieke roostervervorming direct te visualiseren19. Hoewel de ongelooflijke aberratiegecorrigeerde STEM-instrumentatie steeds toegankelijker wordt voor onderzoekers over de hele wereld, blijven de geavanceerde procedures en methoden voor gegevensanalyse ongewoon en een enorme barrière voor iemand zonder ervaring in gegevensanalyse.
In dit werk tonen we het volledige traject voor de metrologie van ATOM-resolutie STEM-beelden. Dit proces omvat in de eerste plaats het verkrijgen van de STEM-beelden met een aberratiegecorrigeerde microscoop, gevolgd door het uitvoeren van na-acquisitie denoising / driftcorrectie voor verbeterde meetnauwkeurigheid. Vervolgens zullen we de bestaande methoden om de atomenkolomposities duidelijk op te lossen en nauwkeurig te kwantificeren verder bespreken met ofwel 2D-Gaussiaanse single peak fitting of multi-peak fitting routines voor licht overlappende atoomkolommen20,21. Ten slotte zal deze tutorial methoden bespreken voor de kwantificering van roostervervorming / spanning binnen de kristalstructuren of bij de defecten / interfaces waar de rooster periodiciteit wordt verstoord. We introduceren ook een eenvoudige zelfontwikkelde gratis MATLAB-app (EASY-STEM) met een grafische gebruikersinterface (GUI) die kan helpen bij de analyse van STEM-afbeeldingen zonder dat u speciale analysecode of software hoeft te schrijven. De hier gepresenteerde geavanceerde gegevensanalysemethoden kunnen worden toegepast voor de lokale kwantificering van defectontspanning, lokale structurele vervormingen, lokale fasetransformaties en niet-centrosymmetrie in een breed scala aan materialen.

<table><tbody><tr><td>EASY-STEM</td><td>Nasim Alem Group, Pennsylvania State University</td><td></td><td>Matlab app voor STEM-beeldverwerking; Downloadlink: https://github.com/miaoleixin1994/EASY-STEM.git</td></tr><tr><td>JoVE-artikel voorbeeldscript</td><td>Nasim Alem Group, Pennsylvania State University</td><td></td><td>Voorbeeldscript voor het sorteren van atomen in eenheidscellen</td></tr><tr><td>Matlab Optimization Tool Box</td><td>MathWorks</td><td></td><td>Optimalisatie-add-on packge in Matlab</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>MathWorks</td><td></td><td>Numerieke berekeningssoftware</td></tr><tr><td>Matlab: Image Processing Tool Box</td><td>MathWorks</td><td></td><td>Beeldverwerking add-on packge in Matlab</td></tr></tbody></table>

picometer-precision atomic position tracking door elektronenmicroscopie

Picometer-Precision Atomic Position Tracking through Electron Microscopy

De moderne aberratiegecorrigeerde scanning transmissie elektronenmicroscopen (AC-STEM) hebben met succes directe visualisatie van atoomkolommen met sub-angstrom resolutie bereikt. Met deze aanzienlijke vooruitgang bevinden geavanceerde beeldkwantificering en -analyse zich nog in de beginfase. In dit werk presenteren we het volledige traject voor de metrologie van atomaire resolutie scanning transmissie elektronenmicroscopie (STEM) beelden. Dit omvat (1) tips voor het verkrijgen van STEM-afbeeldingen van hoge kwaliteit; 2) het aannoegen en corrigeren van driften voor het verbeteren van de meetnauwkeurigheid; 3. het verkrijgen van initiële atoomposities; 4) indexering van de atomen op basis van celvectoren; (5) het kwantificeren van de posities van de atoomkolom met ofwel 2D-Gaussiaanse enkelvoudige piekfitting of (6) multi-peak fitting routines voor licht overlappende atoomkolommen; 7) kwantificering van roostervervorming/spanning binnen de kristalstructuren of bij de defecten/interfaces waar de rooster periodiciteit wordt verstoord; en (8) enkele gemeenschappelijke methoden om de analyse te visualiseren en te presenteren.
Verder wordt een eenvoudige zelf ontwikkelde gratis MATLAB-app (EASY-STEM) met een grafische gebruikersinterface (GUI) gepresenteerd. De GUI kan helpen bij de analyse van STEM-images zonder dat er speciale analysecode of software hoeft te worden geschreven. De hier gepresenteerde geavanceerde gegevensanalysemethoden kunnen worden toegepast voor de lokale kwantificering van defectontspanning, lokale structurele vervormingen, lokale fasetransformaties en niet-centrosymmetrie in een breed scala aan materialen.

Figuur 3 toont de voorbeeldresultaten van atoompositietracking door stap 1 en 2 in het protocol te volgen. Een ruwe ADF-STEM-afbeelding van een eenheidscel van het ABO3-perovskiet is weergegeven in figuur 3a, en het intensiteitsprofiel wordt in figuur 3b in 3D uitgezet . Figuur 3c toont het resultaat nadat Gaussiaanse filtering is toegepast op de STEM-afbeelding in figuur 3a, en het intensiteitsprofiel is uitgezet in figuur 3d. De beginposities worden bepaald door de lokale maxima in de afbeelding te vinden en de posities worden aangegeven door gele cirkels in figuur 3e. De atoomposities worden geïndexeerd op basis van de eenheidscelvector en weergegeven in figuur 3f. Nadat de beginpositie is gevonden en geïndexeerd, wordt 2D-Gaussiaanse fitting toegepast om de meting verder te verfijnen. In figuur 3g en figuur 3hworden de gemonteerde posities aangegeven als rode cirkels, de meetprecisie wordt verbeterd omdat de verfijnde posities dichter bij het midden liggen in vergelijking met de beginposities (gele cirkels). Ten slotte wordt het voordeel van het toepassen van het mpfit-algoritme op de overlappende intensiteiten getoond in een ADF-STEM-afbeelding van BaMnSb2-kristal (figuur 3i). De reguliere 2D-Gaussiaanse fitting (rode cirkels) faalt ernstig op de Mn-kolommen zoals gemarkeerd door gele pijlen, terwijl het mpfit-algoritme de posities veel nauwkeuriger kan bepalen (groene cirkels).
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62164/62164fig04.jpg"> Figuur 4: HAADF-STEM afbeelding van het Ca3Ru2O7 (CRO). (a) Het vergrote beeld van het ADF-STEM beeld van het Ca3Ru2O7 (CRO) kristal met het kristalstructuur schema over elkaar heen. De relatieve verplaatsing van het Ca-atoom in de perovskietlaag wordt gemarkeerd met de gele pijl. b) Driftgecorrigeerde en gedenoiseerde ADF-STEM-afbeelding van CRO en (c) met overlaying verfijnde atoomposities (rode stippen). (d) Een voorbeeld van het gebruik van een indexeringssysteem om de bovenste (rode), middelste (blauwe) en onderste (gele) Ca-atomen in de perovskietlaag te identificeren. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62164/62164fig04large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.</a>
De HAADF-STEM afbeelding van de Ca3Ru2O7 (CRO) is weergegeven in figuur 4a en figuur 4b (met de overlappende kristalstructuur). CRO is een Ruddlesden-Popper fase perovskiet kristal met de polaire ruimte groep A21uur. ADF-STEM beeldvorming toont het contrast van de zwaardere elementen goed (Ca en Ru), maar de O-atomen worden niet gevisualiseerd omdat lichtere atomen de straal niet sterk genoeg verspreiden om zichtbaar te worden met HAADF-detectoren. De niet-centrosymmetrie van de kristalstructuur wordt veroorzaakt door het kantelen van O-octahedra en kan worden gevisualiseerd in ADF-STEM-beelden door de verplaatsing van het Ca-atoom in het midden van de dubbele perovskietlaag te analyseren. Door de stappen te volgen die in de sectie Protocol worden vermeld, kunnen alle atoomposities in deze afbeelding worden gelokaliseerd door de centra van de gemonteerde 2D-Gaussische pieken te vinden, zoals weergegeven in figuur 4c. Bovendien kan met behulp van het indexeringssysteem in stap 3.2 elk type atoom in de eenheidscel worden geïdentificeerd en gebruikt voor verdere verwerking. De Ca-atomen aan de boven-, midden- en onderkant van de dubbele laag perovskiet kunnen bijvoorbeeld gemakkelijk worden geïdentificeerd en hun posities worden gepresenteerd met cirkels gevuld met verschillende kleuren, zoals weergegeven in figuur 4d.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62164/62164fig05.jpg"> Figuur 5: Fysieke informatie. (a) Een voorbeeld van de implementatie van de vectorkaart met de polarisatie verkregen uit het midden Ca verplaatsingspatroon. De pijlen worden gekleurd op basis van de oriëntatie (rood naar rechts, blauw naar links). De verticale 90° kop-tot-kop en kop-tot-staart domeinwanden worden aangegeven met blauwe pijlen en een horizontale 180° domeinmuur wordt aangegeven met een rode pijl. (b) Een voorbeeld van de implementatie van de vals gekleurde kaart met de polarisatie. De kleur geeft de grootte aan in de richtingen links (geel) en rechts (paars). Verminderde magnitude resulteert in vervaagde kleur. (c) Een voorbeeld van de implementatie van de vals gekleurde kaart met de εxx stam in de afbeelding. De kleur geeft de waarde van trek (rood) en drukperige (blauwe) stam aan. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62164/62164fig05large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.</a>
Na het positioneren en indexeren van de atomen in de STEM-beelden kan de fysieke informatie worden geëxtraheerd en gevisualiseerd via verschillende soorten plots, zoals weergegeven in figuur 5. De vectorkaart die de polarisatierichting weergeeft, wordt weergegeven in figuur 5a. De pijlen wijzen naar de geprojecteerde polarisatierichting en door de pijlen te kleuren op basis van hun oriëntatie, worden een verticale 90° domeinmuur (gelabeld met blauwe pijlen) en een horizontale 180° domeinmuur (gelabeld met rode pijlen) bovenaan de afbeelding weergegeven. Door de vals gekleurde kaart te construeren zoals weergegeven in figuur 5b, kan een afnemende polaire verplaatsingsgrootte worden waargenomen via de vervagende kleur in het midden, en zo kan de kop-staart domeinmuur worden gevisualiseerd. Door de vectorkaart en de valse-kleurenkaart te combineren, wordt de T-splitsing gevormd door drie domeinwanden weergegeven in de ADF-STEM-afbeelding. Bovendien kan, met de dimensie van elke eenheidscel in de gemeten afbeelding, een εxx stamkaart worden geconstrueerd, zoals weergegeven in figuur 5c.

Dit werk presenteert een workflow voor het volgen van atomaire positie in atomaire resolutie transmissie elektronenmicroscopie beeldvorming. Deze workflow wordt uitgevoerd met behulp van een open-source Matlab-app (EASY-STEM).

Picometer-Precision Atomic Position Tracking door elektronenmicroscopie

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

De aberratiecorrectie heeft ons in staat gesteld om de resolutie in geavanceerde elektronenmicroscopen naar het sub-angstrom-niveau te duwen, en dit heeft ons in staat gesteld om de individuele atomen in een kristal op te lossen. Met deze vooruitgang ontbreekt het ons nog steeds aan software of geavanceerde data-analysemethoden waarvan ik weet dat het een grote barrière is voor veel wetenschappers. Hier presenteren we een zelf ontwikkelde, gratis MATLAB-applicatie die EasySTEM wordt genoemd, waarmee we volledige metrologie van bevlekte atomaire resolutiebeelden kunnen uitvoeren.Het is een grafische gebruikersinterface voor software die kan worden gebruikt met eenvoudige muisklikken en het is niet nodig om speciale geavanceerde codes te schrijven. Hier in deze tutorial presenteren we eerst tips voor het denoiseren van na acquisitie en driftcorrectie en vervolgens laten we zien hoe we de atom kolomposities nauwkeurig kunnen kwantificeren, kwantificeren van de roosterspanning en vervorming in het kristal, evenals de defecten en interfaces. Vervolgens laten we zien hoe we overlappende atoomkolommen kunnen scheiden die lastig zijn in veel STEM-afbeeldingen, en ook hoe we verschillende soorten atomen kunnen scheiden met behulp van de eenheid 7-mengalgoritmen die we hebben ontwikkeld en opgenomen in de software.Hier is het stroomdiagram met de algemene procedure van de kwantificering van de atoompositie. Het protocol begint met een paar tips voor het verkrijgen van goede beeldgegevens. Zorg eerst voor een hoge TEM monsterkwaliteit.Probeer bevlekte, schone en onbeschadigde TEM-monsters te gebruiken voor beeldvorming. Voorkom dat het monster per ongeluk wordt verontreinigd door het aan te raken tijdens het hanteren en laden van het monster. Reinig ten tweede het monster voordat u het inbrengt.Reinig het monster met behulp van een plasmareiniger, bak het vacuüm of breng een balkdouche aan. Vermijd beschadigde of verontreinigde gebieden waar beeldvorming. Ten derde, lijn de microscoop uit en stem de aberratiecorrectoren af om de aberratiecoëfficiënten zoveel mogelijk te minimaliseren.Taak de resolutie door het verwerven van een paar STEM-afbeeldingen op een standaard voorbeeld om te bevestigen dat de ruimtelijke resolutie voldoende is. Vier, tijdens beeldvorming, kantel het monster totdat de optische as is uitgelijnd met de specifieke zoneas van het kristal. Ten vijfde, optimaliseer de elektronendosis terwijl u de schade aan de elektronenbundel minimaliseert en de monsterdrift tijdens beeldvorming beperkt.Het doel hier is om een hogere signaal-ruisverhouding te hebben zonder stralingsschade te veroorzaken of beeldartefacten te maken. Ten slotte kunt u STEM-afbeeldingen met verschillende scanrichtingen aanschaffen. Normaal gesproken krijgt u eerst één scanafbeelding en neemt u de tweede uit dezelfde regio onmiddellijk nadat u de scanrichting met 90 graden hebt roteren.De beelden moeten worden gemaakt met dezelfde beeldvormingsconditie, behalve de scanrichtingen. Het doel van deze stap is om de geroteerde afbeeldingen te voeden met het driftcorrectiealgoritme. Voer vervolgens driftcorrectie uit met een niet-lineair correctiealgoritme door twee of meer afbeeldingen met verschillende scanrichtingen in het correctiealgoritme te voeren.Het algoritme voert de drift gecorrigeerde STEM-afbeeldingen uit. De open-source MATLAB-code en gedetailleerde beschrijving van het proces zijn te vinden in het originele artikel, geschreven door Colin Ophus. Hier introduceren we een gratis interactieve MATLAB-app, genaamd Easy-STEM, met een grafische gebruikersinterface om te helpen bij de analyse.De interface wordt weergegeven in de afbeelding met alle stappen gelabeld op de bijbehorende knoppen. Laad voor de analyse eerst de driftgecorrigeerde STEM-afbeelding door op de knop Afbeeldingsbestand laden in de linkerbovenhoek te klikken. Voer vervolgens handmatig de kalibratiewaarde in de eenheid picometer per pixel in.De volgende stap is het toepassen van verschillende beeldnoising technieken. De bijbehorende functies zijn te vinden in de linkerbenedenhoek van de interface. De eerste techniek is de Gaussiaanse filtering.Er is een schuifregelaar om het aantal pixelintensiteiten in de buurt te selecteren dat gemiddeld is. Verplaats de schuifregelaar en het Gaussian-filter wordt op de afbeelding toegepast. De tweede is de Fourier filtering.Zoek linksonder een tabblad met de naam FFT. Er is een schuifregelaar voor het beperken van de ruimtelijke frequentie om de hoogfrequente ruis te verminderen. Verplaats de schuifregelaar en het Filter Fourier wordt op de afbeelding toegepast.De derde is de Richardson en Lucy deconvolutie. Zoek een tabblad met de naam deconvolutie in de linkerbenedenhoek, waar twee invoervakken zijn voor respectievelijk de iteraties van blinde deconvolutie en Richardson-Lucy-deconvolutie. wijzig de waarde en pas het deconvolutiealgoritme toe door op de knop te klikken.Stap twee: atom positie vinden en verfijnen. De bijbehorende functies zijn te vinden op het rechter zijpaneel. Zoek eerst de beginposities van het atoom.Definieer de minimale afstand in pixels door de waarde te wijzigen in het invoervak dat de afstand tussen de dichtstbijzijnde twee pieken definieert. Klik vervolgens op de knop Beginpositie zoeken, in de Easy-STEM-app Houd er rekening mee dat er bijna onvermijdelijk extra posities of ontbrekende posities zijn met behulp van dit eenvoudige algoritme. Er wordt dus een handmatige correctiemodus gemaakt in de Easy-STEM-app om de beginposities van atomen te corrigeren.Hiermee kunt u de muiscursorinvoer gebruiken om beginposities toe te voegen of te verwijderen Volgende index de initiële atoomposities met een op eenheidscelvector gebaseerd systeem. Definieer eerst een oorsprongspunt in de afbeelding. Klik in de Easy-STEM-app op de knop Oorsprong zoeken nadat u op de knop hebt geklikt, sleep de aanwijzer naar een van de beginposities van het atoom om deze als oorsprong te definiëren.Definieer ten tweede de 2D-eenheidscel u en v-vectoren en de eenheidscelfracties. Let op, de roosterfractie, u en v, bepaalt de roosterfractiewaarde langs de eenheidscelvector. In de ABO3-perovskieteenheidscel kan de eenheidscel bijvoorbeeld gelijkelijk in twee helften worden verdeeld langs de twee loodrechte celvectorrichtingen.Bijgevolg zijn er twee breuken langs elke celvectorrichtingen van elke eenheid. Dus de eenheid celfractie waarden zijn 2 en 2, voor u en v richtingen, respectievelijk. Klik op de knop u, v zoeken en sleep de aanwijzer naar het einde van de eenheidscellen.Definieer de waarde van de roosterfractie door de waarde in de vak's frac u en lat frac v te wijzigen. Klik vervolgens op de knop rooster berekenen om alle atomen te indexeren na het verkrijgen van de beginposities van atomen en het indexeren van de atomen in de afbeelding. Een 2D Gaussian-fitting rond elke atoomkolom moet worden uitgevoerd om de precisie op subpixelniveau in de analyse te bereiken.Klik op de verfijnde posities in de EasySTEM-app om atoomposities te verfijnen met 2D Gaussian fitting. Het midden van de gemonteerde pieken wordt na de montage uitgezet. Hier is een optionele stap: Verfijn de atoomposities met behulp van het MPFit-algoritme.Wanneer de intensiteiten van aangrenzende atoomkolommen elkaar overlappen, klikt u op de knop MPFit overlapt in de EasySTEM om de atoompositie te verfijnen met het 2D Gaussian multi-peak fitting algoritme. Sla ten slotte de resultaten op door op de knop atoompositiepositie opslaan te klikken. De app vraagt de gebruiker om de opslaglocatie en de bestandsnaam.Alle opgeslagen resultaten worden opgenomen in de variabele genaamd atom_pos, in de MATLAB-werkruimte. In de variabele atom_pos bevindt zich een veld met de naam posRefineM. De verfijnde posities worden vermeld in kolom drie en vier en indexering wordt vermeld in kolom acht en negen.Figuur drie toont de voorbeeldresultaten van het volgen van atoomposities. Een ruwe ADF-stamafbeelding van een eenheidscel van de APO3-perovskiet wordt weergegeven in figuur 3A en het intensiteitsprofiel wordt uitgezet in 3D, in figuur 3B. Figuur 3C toont de resultaten nadat Gaussiaanse filtering is toegepast op de STEM-afbeelding in figuur 3A en het intensiteitsprofiel is uitgezet in figuur 3D.De beginposities van het atoom worden aangegeven door de gele cirkels in figuur 3E. De atoomposities worden geïndexeerd op basis van de eenheidscelvectoren in figuur 3F. In figuur 3G en 3H worden de 2D Gaussiaanse verfijnde posities aangegeven als rode cirkels.Ten slotte wordt het voordeel van het toepassen van het MPFit-algoritme op de overlappende intensiteiten getoond in figuur 3I. Stap drie: extractie van fysieke informatie. Om de extractie van fysieke informatie aan te tonen, wordt het APP STEM-beeld van het calcium-3 ruthenium-2 oxide-7 Calcium Ruthenaat kristal weergegeven in figuur 4A en 4B.Na stap één en stap twee worden de verfijnde atoomposities bepaald en weergegeven in figuur 4C. Bovendien kan met behulp van het indexeringssysteem elk type atoom worden geïdentificeerd en gebruikt voor verdere verwerking. De calciumatomen in het bovenste midden en de onderkant van de perovskietlaag kunnen bijvoorbeeld gemakkelijk worden geïdentificeerd en hun positie wordt gepresenteerd met cirkels gevuld met verschillende kleuren zoals weergegeven in figuur 4D.Hier is de demonstratie over het meten van de atoomverplaatsing op basis van de eenheidscelindex. De STEM-beeldgegevens van het Calcium Ruthenaat kristal worden hier als voorbeeld gebruikt. De polaire verplaatsing in dit kristal kan worden gevisualiseerd in ADF STEM-beelden door de verplaatsing van calciumatomen in het midden van de dubbele perovskietlaag te analyseren.Definieer eerst een eenheidscelcentrum. Hier wordt de referentiepositie voor het meten van de calciumverplaatsing in het midden gedefinieerd als de gemiddelde positie van bovenste en onderste calciumatomen. Let op het roosterfractie nummer 4 het Calcium Ruthenaat kristal in deze afbeelding is 10 in verticale richting en twee in horizontale richting, zoals hier getoond.Door gebruik te maken van het bovengenoemde indexeringssysteem worden alle atomen in elke eenheidscellen geïndexeerd. De twee soorten calciumatomen in de eerste laag zijn gelabeld met 0 en 0,4. En die in de tweede laag zijn gelabeld met 0,5 en 0,9.Zoek ten tweede de positie van het verplaatste atoom. Het verplaatste telatoom hier is gelabeld met 0,2 en 0,7 Derde, iteratief vinden de posities van de referentie-eenheid celcentra en verplaatste atomen voor alle volledige eenheid cellen in de afbeelding. Bereken ten slotte de verplaatsingsvector op basis van de gemeten posities.De bijbehorende MATLAB-code die iteratief omvat, het vinden van de posities van bepaalde atomen en het meten van de verplaatsing is bevestigd in de aanvullende materialen. Kwantificeer vervolgens de roosterstam. Klik in de EasySTEM-app op de knop Belasting berekenen op basis van de knop Atoomposities onder het tabblad kwantificeren linksboven in de interface.Het gedetailleerde berekeningsproces omvat meerdere stappen en wordt uitgewerkt in het handmatige script. Er zijn verschillende veelgebruikte methoden voor gegevensvisualisatie, waaronder lijnkaarten, vectorkaarten en kleurenkaarten, voor het weergeven van atoomafstand, atoomverplaatsing, spanning, enzovoort. De gedetailleerde implementatie is opgenomen in de manuscripttekst en hier zijn enkele representatieve resultaten van het vorige voorbeeld over het Calcium Ruthenate kristal.Figuur 5A is een voorbeeld van de implementatie van de vectorkaarten die de poolverplaatsing laten zien. De pijlen worden gekleurd op basis van de oriëntatie. De verticale 90 graden domeinwanden worden aangegeven met blauwe pijlen en een horizontale 180 graden domeinwand wordt aangegeven met een rode pijl.Figuur 5B is een voorbeeld van de implementatie van kleurenkaarten met de polarisaties. De kleuren geven de grootte in de linker- en rechterrichting aan. Verminder de magnituderesultaten in een vervaagde kleur Figuur 5C is een voorbeeld van de implementatie van de kleurenkaarten die de spanning in de horizontale richting weergeven.De rode en blauwe kleur geven de waarde aan van respectievelijk trekspanning en drukbelasting. Om de meetprecisie aan te tonen, toont figuur 6A de statistische kwantificering van de gemeten afstand tussen perovskiet A-locaties, gepresenteerd als een histogram. De normale verdeelfitting wordt uitgezet en overschreden als een rode stippelde de lijn met het gemiddelde van 300,5 picometer en de standaardafwijking van 4,8 picometer.Figuur 6B toont de statistische kwantificering van de perovskiet-celvectorhoekmeting, gepresenteerd als histogram. De normale verdeelfitting is uitgezet en toont het gemiddelde van 90,0 graden en een standaardafwijking van 1,3 graden. Figuur 6C toont de statistische kwantificering van de polaire verplaatsingsmeting in het calcium ruthenaat kristal, gepresenteerd als histogram.De normale verdeelfitting is uitgezet en toont het gemiddelde van 25,6 picometer en een standaardafwijking van 7,7 picometer. Controleer na de analyse nogmaals of uw onbewerkte gegevens dubbel zijn gecontroleerd om er zeker van te zijn dat er geen artefacten zijn gegenereerd door de gegevensverwerking. Ik denk dat deze procedure, die hier wordt voorgesteld, een breed scala aan toepassingen zal hebben, waarbij elektronenmicroscopie beeldverwerking zal worden gezien, en het zal de onderzoekers helpen bij het categoriseren en bepalen van de structurele eigendomsrelaties.

picometer-precision-atomic-position-tracking-through-electron

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

Hier beschrijven we de instrumenten en werkwijzen voor het detecteren enkele fluorescentie-gemerkt eiwitmoleculen interactie met een enkel DNA-molecuul opgehangen tussen twee optisch gevangen microsferen.

De combinatie van Single-molecule Manipulatie en Imaging voor de Studie van eiwit-DNA interacties

In dit videoprotocol volgen we - met hoge snelheid en in drie dimensies - fluorescent gelabelde lysosomen in levende cellen, met behulp van de orbitale volgmethode in een aangepaste twee-foton microscoop.

3D Orbital Tracking in een gemodificeerde twee-foton microscoop: een toepassing op het volgen van intracellulaire blaasjes

Colloïdale sondev-nanoscopie kan binnen verschillende velden worden gebruikt om inzicht te krijgen in de fysische stabiliteit en coagulatiesnelheid van colloïdale systemen en om medicijnontdekking en formuleringswetenschappen te ondersteunen met behulp van biologische systemen. De beschreven methode biedt een kwantitatief en kwalitatief middel om dergelijke systemen te bestuderen.

Kwantitatieve en kwalitatieve onderzoek van Particle-deeltje Interacties gebruik Colloïdaal Probe Nanoscopy

Een methode om katalytisch actieve Janus-colloïden te bereiden die in vloeistoffen kunnen 'zwemmen' en hun 3D-trajecten kunnen bepalen, wordt gepresenteerd.

Voorbereiding en 3D-tracking van Catalytic Zwemmen Devices

Beschrijven we een procedure voor de opsporing van chemische elementen aanwezig in situ in menselijke cellen, alsmede hun kwantificering in vitro . De methode is geschikt voor elk celtype en is vooral nuttig voor de kwantitatieve chemische analyses in afzonderlijke cellen na in vitro metaaloxide nanodeeltjes blootstelling.

In Situ Detectie en eencellige kwantificering van metaaloxide nanodeeltjes met behulp van nucleaire Microprobe analyse

Deze gegevens van het protocol, de bouw en de exploitatie van een real-time 3D één deeltje tracking Microscoop staat tracking nanoschaal fluorescerende probes hoge diffusive snelheden en lage foton graaf tarieven.

Een Protocol voor Real-time 3D één deeltje Tracking

We bieden een algemeen overzicht van kwantitatieve microanalysemethoden voor het schatten van de locatiebezetting van onzuiverheden en hun chemische toestanden door gebruik te maken van elektronengeangaliseerde verschijnselen onder incidentele elektronenstraal-schommelomstandigheden, die betrouwbaar informatie extraheren uit minderheidssoorten, lichtelementen, zuurstofvacatures en andere punt/lijn/planaire defecten.

Kwantitatieve atomaire-site analyse van functionele dopants/puntdefecten in kristallijne materialen door elektronengeankan-verbeterde microanalyse

Hier beschrijven we een snelle magnetische pincetopstelling die nanomechanische metingen uitvoert op krachtgevoelige biomoleculen met de maximale snelheid van 1,2 kHz. We introduceren de toepassing ervan op DNA-haarspelden en SNARE-complexen als modelsystemen, maar het zal ook van toepassing zijn op andere moleculen die betrokken zijn bij mechanobiologische gebeurtenissen.

High-speed magnetisch pincet voor nanomechanische metingen aan krachtgevoelige elementen

Het protocol beschrijft hoe elektrochemische gebeurtenissen op enkele nanodeeltjes kunnen worden gevolgd met behulp van oppervlakte-versterkte Raman-verstrooiingsspectroscopie en beeldvorming.

Elektrochemie volgen op enkele nanodeeltjes met oppervlakte-verbeterde Raman-verstrooiingsspectroscopie en microscopie

Hier presenteren we een protocol voor het synthetiseren Zn 1-x Mg x O / Cu 2 O heterojunctions in de open lucht bij lage temperatuur via luchtdruk ruimtelijke atomic layer deposition (AP-SALD) van Zn 1-x Mg x O op koperoxide. Dergelijke hoge kwaliteit conforme metaaloxiden kan worden geteeld op een verscheidenheid van substraten, waaronder kunststoffen door deze goedkope en schaalbaar methode.

Verbeterde Heterojunction Kwaliteit in Cu<sub&gt; 2</sub&gt; O-gebaseerde zonnecellen door het optimaliseren van de atmosferische druk Ruimtelijke Atomic Layer Afgezet<br /&gt; Zn<sub&gt; 1-x</sub&gt; Mg<sub&gt; x</sub&gt; O

Ontdek een workflow voor atoompositietracking in elektronenmicroscopie met de open-source MATLAB-app Easy-STEM. Deze gebruiksvriendelijke tool maakt geavanceerde beeldanalyse toegankelijk zonder programmeerkennis.

Picometer-Precision Atomic Position Tracking door elektronenmicroscopie

Meer video's verkennen