Name: Ilościowa analiza miejsc atomowych funkcjonalnych domieszek/defektów punktowych w materiałach krystalicznych za pomocą mikroanalizy wzmocnionej kanałem elektronowym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-05-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 24 s
Description: Poznaj ilościową analizę miejsc atomowych domieszek w materiałach krystalicznych za pomocą mikroanalizy wzmocnionej kanałem elektronowym. Ta prosta metoda EDX/EELS umożliwia badanie defektów sieciowych bez zaawansowanego sprzętu.

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

Ta praca była częściowo wspierana przez Grants-in-Aid for Scientific Research on Kiban-kenkyu A (No. 26249096), Innovative Areas "Nano Informatics" (No. 25106004) i Wakate-kenkyu B (No. 26870271) od Japońskiego Towarzystwa Promocji Nauki.

1. Przetwarzanie wstępne próbek
<ol>
	<li>Przygotowanie cienkiej warstwy do TEM
	<ol>
		<li>Przygotuj próbkę do zastosowania w niniejszej metodzie analizy, wykorzystując standardowe techniki przygotowania próbek do transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM), takie jak elektropolerowanie w przypadku materiałów metalicznych lub trawienie jonowe dla półprzewodników i ceramiki; dla HARECXS grubość powinna wynosić zazwyczaj poniżej 100-200 nm i być jednorodna na obszarze ~1 μm. W przypadku HARECES należy zazwyczaj przygotować cieńsze próbki (50-100 nm).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Montaż próbki w TEM
	<ol>
		<li>Zamocuj przygotowaną cienką warstwę w uchwycie do próbek TEM z możliwością podwójnego pochylania, a następnie wprowadź uchwyt do mikroskopu TEM wyposażonego w tryb skanowania oraz detektor EDX (Rycina 1).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Obsługa TEM (specyficzna dla JEM2100 STEM z dołączoną opcją beam-rocking)
<ol>
	<li>Ustawianie TEM dla kołysania wiązki (beam-rocking)
	<ol>
		<li>Uruchom pracę TEM. Po rutynowej procedurze ustawiania wiązki TEM, przejdź do trybu STEM, zaznaczając Attachment Scanning Image Display (ASID) w oknie ASID w monitorze sterowania TEM (TCM, Rysunek 1 &amp; Rysunek 2).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ustawianie osi optycznej
	<ol>
		<li>Kliknij przycisk Rocking w oknie ASID w TCM, a następnie kliknij przycisk Spot w prostym programie do przeglądania obrazów (SIV), aby zatrzymać kołysanie wiązki (Rysunek 2). Usuń próbkę z pola widzenia. Ustaw zakres kołysania wiązki na mniejszy niż ±2°, klikając przyciski Mag increment/decrement.</li>
		<li>Obróć pokrętło Brightness na lewym panelu sterowania (LOP: Rysunek 3) zgodnie z ruchem wskazówek zegara do oporu, a następnie obróć pokrętło OBJ FOCUS COARSE prawego panelu sterowania (ROP: Rysunek 3) przeciwnie do ruchu wskazówek zegara do stanu niedofokusowania: na fluorescencyjnym ekranie obserwacyjnym pojawi się plamka kaustyczna (Rysunek 4).</li>
		<li>Naciśnij klawisz funkcyjny BRIGHT TILT (LOP) i przesuń plamkę kaustyczną na środek ekranu fluorescencyjnego za pomocą pary pokręteł DEF/STIG X/Y (L/ROP).</li>
		<li>Naciśnij przycisk Standard Focus (ROP), a następnie obróć pokrętło BRIGHTNESS z powrotem przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, tak aby na ekranie fluorescencyjnym pojawiła się alternatywna plamka kaustyczna.</li>
		<li>Naciśnij klawisz funkcyjny F3 (ROP) (lub kliknij przycisk Spot w oknie „Alignment Panel for Maintenance” w TCM) i przesuń plamkę wiązki na środek za pomocą pary pokręteł DEF/STIG X/Y.</li>
		<li>Powtarzaj kroki 2.2.2-2.2.5, aż pozycja wiązki pozostanie w centrum, nawet jeśli warunki soczewki zostaną zmienione w krokach 2.2.2 i 2.2.4.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Kolimacja wiązki padającej i ustawienie jej punktu obrotu
	<ol>
		<li>Wprowadź trzecią z największych apertur kondensora w centrum osi optycznej, obracając pokrętło apertury zgodnie z ruchem wskazówek zegara, przy czym jego pozycja jest regulowana ręcznie za pomocą dwóch dołączonych śrub (Rysunek 1). Następnie dostrój stygmatyzator soczewki kondensora, aby skorygować kształt wiązki tak, by była współosiowo rozogniskowana, obracając pokrętło BRIGHTNESS w obu kierunkach i używając pary pokręteł DEF/STIG przy włączonym klawiszu COND STIG.</li>
		<li>Naciśnij klawisz HT WOBB (ROP) i dostrój pokrętło BRIGHT TILT, aby zminimalizować fluktuacje rozmiaru wiązki przy zmianie napięcia przyspieszającego. Proces ten ustawia minimum kąta zbieżności wiązki. Naciśnij ponownie klawisz HT WOBB, aby zatrzymać modulator HT (HT wobbler).</li>
		<li>Aktywuj tryb konserwacji (skonsultuj się z instrukcją producenta). Wybierz JEOL z paska menu → Scan/Focus window → Scan Control tab in TCM. Następnie kliknij przycisk Cor i kliknij przycisk Scan zamiast Spot w panelu sterowania obrazem SIV.</li>
		<li>Aby zminimalizować przesunięcie wiązki podczas kołysania, dostrój parę pokręteł DEF/STIG, a następnie lekko obróć pokrętło OBJ FOCUS FINE przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Na koniec dopasuj wysokość próbki i punktu obrotu za pomocą klawiszy sterowania Z (ROP), tak aby próbka była w ostrości na ekranie fluorescencyjnym.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Końcowe ustawianie wiązki w celu uzyskania wzoru kanałowania elektronów próbki
	<ol>
		<li>Przesuń obszar próbki będący przedmiotem zainteresowania z powrotem na środek i rozpocznij kołysanie wiązki, klikając przycisk Scan w oknie SIV. Ręcznie obróć zgodnie z ruchem wskazówek zegara cylinder detektora ciemnego pola pierścieniowego (ADF) (Rysunek 1) i włóż detektor.</li>
		<li>Ustaw pozycję detektora ADF w centrum pozycji wiązki, regulując parę pokręteł DEF/STIG przy włączonym klawiszu PLA (LOP: Rysunek 3). Zaznacz przycisk STEI-DF w menu Image Select okna ASID; monitor STEM w oknie SIV wyświetli wzór kanałowania elektronów (ECP). Dostrój Brightness/Contrast w oknie ASID, aby najlepiej widzieć ECP. Lekko obróć pokrętło BRIGHTNESS, aby uzyskać najostrzejszy kontrast ECP.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Akwizycja danych dla HARECXS za pomocą EDX
	<ol>
		<li>Pracując w trybie STEM z kołysaniem wiązki, zbierz widma EDX, stosując konwencjonalną metodę obrazowania spektralnego (używając funkcji obrazowania spektralnego na Rysunku 5) jako funkcję kątów nachylenia wiązki w kierunkach x i y i wyświetl rozkład intensywności pierwiastkowej dla określonych pierwiastków, jak pokazano na Rysunku 5. 
		UWAGA: Wzór rozkładu intensywności nazywany jest wzorem kanałowania jonizacji (ICP).</li>
		<li>Użyj funkcji Line Scan na Rysunku 5 do pomiaru nachylenia 1D dla systematycznego rzędu refleksów. Żółta strzałka pojawi się w podglądzie ECP, aby określić zakres pomiarowy, jak pokazano w górnym lewym panelu na Rysunku 5. Przerwij pomiary po uzyskaniu wystarczającej statystyki danych dla ICP.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Analiza danych do kwantyfikacji
<ol>
	<li>Wyrazić intensywność promieniowania rentgenowskiego Ix dla zanieczyszczenia x w następującej formie jako funkcję intensywności promieniowania rentgenowskiego Ii pierwiastka gospodarza i,12  
	<img alt="Równanie sumy intensywności i współczynników na schemacie naukowym; formuła analizy spektroskopowej." src="/files/ftp_upload/62015/62015eq01v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 1"> 
	gdzie 
	<img alt="Formuła równowagi statycznej αix; równanie dla analizy danych eksperymentalnych w badaniach naukowych." src="/files/ftp_upload/62015/62015eq02v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 2"> 
	UWAGA: Tutaj fix to ułamkowy stopień obsadzenia zanieczyszczenia x w węźle gospodarza typu i, cx to stężenie zanieczyszczenia x, a ni to ułamkowe stężenie pierwiastka gospodarza typu i spośród wszystkich węzłów gospodarza przed wprowadzeniem atomów zanieczyszczenia typu x. ki to współczynnik k pierwiastka gospodarza typu i. Dodatkowe stałe przesunięcie βx zostało wprowadzone jako dodatkowy parametr dopasowania w celu uwzględnienia różnic w delokalizacji oddziaływań oraz błędów w odejmowaniu tła. Wartość αix można wyprowadzić z równania (1) za pomocą wielowymiarowej regresji liniowej dla wielu punktów pomiarowych intensywności promieniowania rentgenowskiego ICP.</li>
	<li>Wyprowadzić cx oraz fix, wykorzystując warunek Σifix = 1, jako12 
	<img alt="Równania równowagi Σfx i symbole fix w formule naukowej dla analizy dopasowania danych." src="/files/ftp_upload/62015/62015eq03v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 3"> 
	Niepewności dla cx i fix w przypadku wielu zanieczyszczeń można łatwo wyprowadzić z zasady propagacji błędów: 
	<img alt="Równanie równowagi statycznej, Σ[(a_ix n_i)/(Σ_x a_ix+k_i/k_x)^2], schemat analizy optymalizacyjnej." src="/files/ftp_upload/62015/62015eq04v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 4"> 
	oraz 
	<img alt="Równanie równowagi statycznej, ΣFx=0, formuła analizy błędów w badaniu z zakresu fizyki eksperymentalnej." src="/files/ftp_upload/62015/62015eq05v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 5"> 
	gdzie δ αix to błąd statystyczny uzyskany w regresji liniowej z równania (1). </li>
</ol>

<ol><li>Rietveld, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+profile+refinement+method+for+nuclear+and+magnetic+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Crystallography%22%5BJournal%5D)">A profile refinement method for nuclear and magnetic structures.</a> Journal of Applied Crystallography. 2, 65-71 (1969).</li>
<li>Izumi, F., Ikeda, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Rietveld-analysis+program+RIETAN-98+and+its+applications+to+zeolites%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+Forum%22%5BJournal%5D)">A Rietveld-analysis program RIETAN-98 and its applications to zeolites.</a> Materials Science Forum. 321-324, 198-203 (2000).</li>
<li>Rose, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optics+of+high-performance+electron+microscopes%5BTitle%5D)+AND+%22Science+and+Technology+of+Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Optics of high-performance electron microscopes.</a> Science and Technology of Advanced Materials. 9, 014107(2008).</li>
<li>Muller, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic-scale+chemical+imaging+of+composition+and+bonding+by+aberration-+corrected+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Atomic-scale chemical imaging of composition and bonding by aberration- corrected microscopy.</a> Science. 319, 1073-1076 (2008).</li>
<li>Spence, J. C. H., Taftø, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ALCHEMI%3A+A+new+technique+for+locating+atoms+in+small+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Microscopy%22%5BJournal%5D)">ALCHEMI: A new technique for locating atoms in small crystals.</a> Journal of Microscopy. 130, 147-154 (1982).</li>
<li>Taftø, J., Spence, J. C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystal+site+location+of+iron+and+trace+elements+in+an+Mg-Fe+olivine+using+a+new+crystallographic+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Crystal site location of iron and trace elements in an Mg-Fe olivine using a new crystallographic technique.</a> Science. 218, 49-51 (1982).</li>
<li>Yasuda, K., Yamamoto, T., Matsumura, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+atomic+structure+of+disordered+ion+tracks+in+magnesium+aluminate+spinel%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Microscopy%22%5BJournal%5D)">The atomic structure of disordered ion tracks in magnesium aluminate spinel.</a> Journal of Microscopy. 59, 27(2007).</li>
<li>Tatsumi, K., Muto, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Local+electronic+structure+analysis+by+site-selective+ELNES+using+electron+channeling+and+first-principles+calculations%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+Condensed+Matter%22%5BJournal%5D)">Local electronic structure analysis by site-selective ELNES using electron channeling and first-principles calculations.</a> Journal of Physics Condensed Matter. 21, 1-14 (2009).</li>
<li>Yamamoto, Y., Tatsumi, K., Muto, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Site-selective+electronic+structure+of+aluminum+in+oxide+ceramics+obtained+by+TEM-EELS+analysis+using+the+electron+standing-wave+method%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Transactions%22%5BJournal%5D)">Site-selective electronic structure of aluminum in oxide ceramics obtained by TEM-EELS analysis using the electron standing-wave method.</a> Materials Transactions. 48, 2590-2594 (2007).</li>
<li>Tatsumi, K., Muto, S., Nishida, I., Rusz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Site-specific+electronic+configurations+of+Fe+3d+states+by+energy+loss+by+channeled+electrons%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Site-specific electronic configurations of Fe 3d states by energy loss by channeled electrons.</a> Applied Physics Letters. 96, 201911(2010).</li>
<li>Tatsumi, K., Muto, S., Rusz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy+loss+by+channeled+electrons%3A+A+quantitative+study+on+transition+metal+oxides%5BTitle%5D)+AND+%22Microscopy+and+Microanalysis%22%5BJournal%5D)">Energy loss by channeled electrons: A quantitative study on transition metal oxides.</a> Microscopy and Microanalysis. 19, 1586-1594 (2013).</li>
<li>Muto, S., Ohtsuka, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-precision+quantitative+atomic-site-analysis+of+functional+dopants+in+crystalline+materials+by+electron-channelling-enhanced+microanalysis%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Crystal+Growth+and+Characterization+of+Materials%22%5BJournal%5D)">High-precision quantitative atomic-site-analysis of functional dopants in crystalline materials by electron-channelling-enhanced microanalysis.</a> Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials. 63, 40-61 (2017).</li>
<li>Yamamoto, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+analysis+of+cation+mixing+and+local+valence+states+in+LiNixMn2-xO4+using+concurrent+HARECXS+and+HARECES+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Microscopy%22%5BJournal%5D)">Quantitative analysis of cation mixing and local valence states in LiNixMn2-xO4 using concurrent HARECXS and HARECES measurements.</a> Microscopy. 65, 253-262 (2016).</li>
<li>Ohtsuka, M., Muto, S., Tatsumi, K., Kobayashi, Y., Kawata, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+determination+of+occupation+sites+of+trace+Co+substituted+for+multiple+statistical+beam-rocking+TEM-EDXS+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Microscopy%22%5BJournal%5D)">Quantitative determination of occupation sites of trace Co substituted for multiple statistical beam-rocking TEM-EDXS analysis.</a> Microscopy. 65, 127-137 (2016).</li>
<li>Ohtsuka, M., Oda, K., Tanaka, M., Kitaoka, S., Muto, S. <a target="_blank" href="https://ceramics.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jace.17764">2D-HARECXS analysis of dopant and oxygen vacancy sites in Al-doped yttrium titanate.</a> J. Amer. Ceram. Soc. , 10.1111/jace.17764 (2021).</li>
<li>QED for DigitalMicrograph. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.hremresearch.com/Eng/plugin/QEDEng.html">https://www.hremresearch.com/Eng/plugin/QEDEng.html</a> (2020).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Krytycznymi krokami w protokole jest możliwość dokładnego wyrównania padającej belki kołysającej, która ma mały kąt zbieżności, z punktem obrotu, który jest nieruchomy w określonym obszarze opisanym w krokach 2.2-2.3. Zastosowano skolimowaną wiązkę padającą o półkącie zbieżności w przybliżeniu nie większym niż 2 mrad. Wielkość wiązki 400 nm i średnicę 1 μm można wybrać, ustawiając aperturę kondensatora #4 (średnica 10 μm) i #3 (30 μm) w obecnym systemie sprzętowym.
Zaletą obecnej metody jest to, że (i) nie są potrzebne żadne zaawansowane instrumenty STEM, takie jak STEM z korekcją aberracji, a nawet działo elektronowe z emisją w polu; (ii) wiele punktów próbkowania (np. ~4 000 punktów dla obszaru skanowania o długości 64 × 64 pikseli2) może być automatycznie pobieranych z wysoką wydajnością, podczas wykonywania konwencjonalnej procedury obrazowania spektralnego STEM po stronie analizatora, oraz (iii) wiele metod spektroskopowych, takich jak EDX, EEL i katodoluminescencja, może być jednocześnie obsługiwanych w jednym zintegrowanym systemie, , który umożliwia analizę multimodalną13.
Ponieważ eksperymentalne ICP mogą być precyzyjnie przewidywane za pomocą symulacji teoretycznej, metoda ta może być stosowana nie tylko w przypadkach, gdy kryształ będący przedmiotem zainteresowania zawiera wiele nierównoważnych miejsc atomowych dla domieszkowanego pierwiastka14. Prowadzone są dalsze prace rozszerzeniowe, takie jak wykrywanie koncentracji pustostanów i związanych z nimi przemieszczeń elementów gospodarza15, a nawet porządkowanie domieszek posegregowanych wzdłuż granic ziaren ceramiki. Obecna metoda może stanowić istotną alternatywną technikę mającą zastosowanie do stosunkowo grubych próbek, w przeciwieństwie do analizy atomowej kolumna po kolumnie przy użyciu STEM z korekcją aberracji, która wymaga przygotowania bardzo cienkich próbek wysokiej jakości (< 10 nm).
Selektywna analiza stanu elektronowego atomu przy użyciu TEM-EELS (HARECES) zamiast EDX jest możliwa 8,9,10,11. Do pomiarów automatycznych zaleca się stosowanie opcji "ALCHEMI" w oprogramowaniu do sterowania wiązką "QED", działającym na pakiecie Gatan Microscope Suite, dostarczonym przez HREM Research Inc.16. W pomiarze HARECES należy upewnić się, że przekazywana wiązka znajduje się z dala od pozycji detektora EELS i jest prostopadła do rzędu systematycznego w sekwencji wychylania wiązki8.
Ograniczeniem tej metody jest minimalny rozmiar wiązki padającej wiązki elektronów, który ogranicza minimalny mierzony obszar do około 400 nm. Wynika to z aberracji systemu soczewek TEM, w którym środek obrotu przesuwa się dalej niż promień wiązki w celu uzyskania mniejszego rozmiaru wiązki, który można zmienić w przyszłości poprzez modyfikację ustawienia prądu soczewki deflektora TEM w celu skompensowania wędrówki wiązki.
Jeśli używany mikroskop nie ma trybu kołysania wiązki, bardzo podobną operację uzyskuje się za pomocą oprogramowania QED, które również rozwiązuje ograniczenie, ponieważ oprogramowanie może skorygować poruszający się punkt obrotu nawet w trybie nanowiązki. W przypadku S/TEM produkowanych przez firmę FEI (obecnie część Thermo Fisher Scientific), skrypty TIA, kod open source może zarządzać wszystkimi funkcjami S/TEM i podłączonymi detektorami za pośrednictwem komputera. Sekwencyjne akwizycje danych EDX/EELS z kolejnym przechylaniem wiązki padającej przeprowadzono za pomocą programu skryptowego TIA działającego na platformie obrazowania i analizy TEM13.

Wraz z zapotrzebowaniem na zmniejszenie rozmiarów większości obecnych produktów przemysłowych, coraz ważniejsze staje się zrozumienie właściwości fizycznych/chemicznych materiałów z perspektywy mikroskopowej, czasami w kategoriach struktur przestrzennych/elektronicznych w skali atomowej. Nowe właściwości są często odkrywane nieoczekiwanie podczas syntezy materiałów metodą prób i błędów, wybierania różnych liczb lub rodzajów pierwiastków, chociaż obecne techniki pomiarowe i obliczenia teoretyczne ab initio oparte na teorii funkcjonału gęstości umożliwiły projektowanie nowych materiałów o ulepszonych właściwościach bez czasochłonnych eksperymentów metodą prób i błędów. Na przykład niektóre atomy gospodarza są zastępowane innymi pierwiastkami, które mogą poprawić właściwość docelową w wyniku rozważań eksperymentalnych lub teoretycznych. W tym kontekście, ważny składnik informacji eksperymentalnej wynika ze szczegółowej wiedzy na temat położenia każdego składnika w strukturze atomowej materiału.
Metody dyfrakcji rentgenowskiej i/lub neutronowej są tradycyjnie i szeroko stosowane nie tylko dlatego, że analiza strukturalna oparta na analizie Rietvelda1,2 jest dobrze znana i otwarta dla publiczności, ale także dzięki rozwojowi źródeł promieniowania rentgenowskiego o wysokim strumieniu (np. urządzeń do promieniowania synchrotronowego) i nowoczesnych źródeł neutronów, które są łatwo dostępne dla ogółu badaczy. Techniki te wymagają jednak próbek o jednorodnej strukturze, a także wymagają dopasowania Rietvelda między eksperymentalnymi i teoretycznymi zestawami dyfrakcyjnych natężeń pików przy użyciu czynników strukturalnych. W związku z tym rozróżnienie różnych pierwiastków może być trudne, jeśli ich czynniki strukturalne są blisko siebie, na przykład w dyfrakcji rentgenowskiej sąsiednich pierwiastków w układzie okresowym pierwiastków.
W większości obecnych zaawansowanych materiałów, skład, wytrącenia, wielkość ziaren i zanieczyszczenia są dostosowywane i optymalizowane, aby zmaksymalizować pożądaną rolę w skali nanometrów. Oznacza to, że materiały te wymagają scharakteryzowania w skali nanometrowej lub nawet subnanometrowej, aby zbadać, czy są syntetyzowane zgodnie z przeznaczeniem. W tym kontekście najlepszym sposobem można to osiągnąć za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) i powiązanych technik analitycznych.
Niedawny dramatyczny rozwój skanowania TEM (STEM) w tych dziesięcioleciach, szczególnie oparty na technologiach korekcji aberracji, przyspieszył najnowocześniejszą technikę ujawniania struktury materiału i jego rozkładu pierwiastków w skali atomowej3,4. Metoda ta wymaga jednak precyzyjnego ustawienia materiału krystalicznego równolegle do osi strefy niskiego rzędu oraz do ekstremalnej stabilności przyrządu podczas pomiaru, co jest wadą. W związku z tym demonstrujemy alternatywną metodę, która nie wymaga takich ograniczeń, korekcji aberracji, ani nawet działa elektronowego z emisją pola.
Przekazywanie elektronów w materiale krystalicznym następuje, jeśli padająca wiązka elektronów rozchodzi się wzdłuż określonych płaszczyzn lub kolumn atomowych, co zależy od kierunku padającej wiązki elektronów o wysokiej energii w stosunku do osi kryształu, gdzie wybrany jest odpowiedni zestaw odbić Bragga i błąd wzbudzenia każdego odbicia w TEM. Technika analizy rentgenowskiej z dyspersją energii specyficznej dla miejsca (EDX lub czasami konwencjonalnie EDS), która wykorzystuje kanałowanie elektronów, nazywana jest metodą lokalizacji atomu za pomocą kierowanej mikroanalizy elektronowej (ALCHEMI) w celu oceny zajętości miejsc atomowych gospodarza na podstawie zanieczyszczeń5,6. Metoda ta została rozszerzona na bardziej złożone i ilościowo wiarygodne podejście, zwane spektroskopią rentgenowską z kanałem elektronowym o wysokiej rozdzielczości kątowej (HARECXS), w celu określenia zajętości zanieczyszczeń/domieszek. Jest to realizowane poprzez porównanie eksperymentalnych krzywych kołysania wiązki z symulacjami teoretycznymi7. Technika ta została rozszerzona o spektroskopię elektronów z kanałem elektronowym o wysokiej rozdzielczości kątowej (HARECES), która rejestruje widma strat energii elektronów (EELS) zamiast EDX8. Dostarcza to informacji na temat specyficznych dla danego miejsca lokalnych stanów chemicznych danego pierwiastka w różnych środowiskach atomowych9,10,11. W przypadkach, gdy każdy pierwiastek gospodarza zajmuje pojedyncze miejsce krystalograficzne, prosta regresja liniowa i zastosowanie kilku wzorów do eksperymentalnego zestawu danych ilościowo określa zajęcie miejsca domieszkowanymi zanieczyszczeniami bez żadnych symulacji teoretycznych.
W poniższych sekcjach przedstawiamy szczegółowe procedury metody specyficznej dla systemu Jeol JEM2100 STEM, ponieważ jest on wyraźnie wyposażony w tryb kołysania wiązki w menu operacji STEM. Użytkownicy innych mikroskopów powinni zapoznać się z opisami w ostatnim akapicie sekcji Dyskusja tego artykułu.

<table><tbody><tr><td>Spektrometr strat energii elektronów</td><td>Gatan Inc.</td><td>Enfina1000</td><td>Równoległy detektor EELS</td></tr><tr><td>Detektor promieniowania rentgenowskiego z dyspersją energii</td><td>JEOL Sp. z o.o.</td><td>SD30GV</td><td>EDS krzemowy detektor dryfu</td></tr><tr><td>Gatan Microscope Suite (GMS)</td><td>Gatan Inc.</td><td>wer. 2.3.</td><td>Zintegrowana platforma oprogramowania do sterowania kamerami, detektorami, S/TEM i analizą danych</td></tr><tr><td>QED</td><td>HREM Research Inc.</td><td>dla 32-bitowego oprogramowania sterującego wiązką GMS 2.3</td><td>, działającego na</td></tr><tr><td>skaningowym transmisyjnym mikroskopie elektronowym</td> Gatan Microscope Suite <td>JEOL Ltd.</td><td>JEM-2100</td><td>Opcja trybu kołysania wiązki w oknie sterującym ASID</td></tr><tr><td>TEMCON</td><td>JEOL Sp. z o.o.</td><td></td><td>Oprogramowanie sterujące dla oprogramowania JEM 2100</td></tr><tr><td>Thermo NSS</td><td>Thermo Fischer Scientific Inc., USA</td><td></td><td>Oprogramowanie sterujące EDS</td></tr></tbody></table>

ilościowa analiza miejsc atomowych funkcjonalnych domieszek/defektów punktowych w materiałach krystalicznych za pomocą mikroanalizy wzmocnionej kanałem elektronowym

Quantitative Atomic-Site Analysis of Functional Dopants/Point Defects in Crystalline Materials by Electron-Channeling-Enhanced Microanalysis

Wprowadzono nowy schemat analizy pierwiastkowej i chemicznej oparty na zjawiskach channelingu elektronów w materiałach krystalicznych, gdzie padająca wiązka elektronów o wysokiej energii jest kołysana z submikrometrycznym punktem obrotu umieszczonym na próbce. Metoda ta umożliwia nam ilościowe określenie zajętości miejsca i zależnych od miejsca informacji chemicznych o zanieczyszczeniach lub celowo domieszkowanych elementach funkcjonalnych w próbce, przy użyciu spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii i spektroskopii strat energii elektronów podłączonych do skaningowego transmisyjnego mikroskopu elektronowego, co jest przedmiotem istotnego zainteresowania współczesnej nauki o materiałach, szczególnie związanej z nanotechnologiami. Schemat ten ma zastosowanie do dowolnej kombinacji pierwiastków, nawet jeśli konwencjonalna analiza Rietvelda za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej lub neutronów czasami nie zapewnia pożądanych wyników z powodu ograniczonych rozmiarów próbek i bliskich czynników rozpraszania sąsiednich pierwiastków w układzie okresowym pierwiastków. W tym artykule metodologicznym przedstawiamy podstawową procedurę eksperymentalną i metodę analizy obecnej mikroanalizy kołysania wiązki.

Eksperymentalna ECP dla BaTiO3 oraz ICP Ba-L, Ti-Kαi O-Kα w pobliżu osi stref [100] i [110] pokazane są Rycina 6A i Rycina 6Bodpowiednio. Każdy składnik wykazuje określony ICP, co wskazuje na to, że ICP jest specyficzne dla poszczególnych pozycji atomowych12.
Jako podstawowy przykład zastosowania, zbadaliśmy Eu3+domieszkowany Ca2SnO4, które wykazuje intensywne czerwone emisje pochodzące z 5D0-7F2 przejście elektryczne dipolowe trójwartościowych jonów Eu (Eu3+). Biorąc pod uwagę kryterium podobieństwa promieni jonowych, bardziej uzasadnione byłoby założenie, że Eu3+ zajmuje miejsce Ca2+ miejsca, ponieważ Eu3+ jest znacznie zbliżony pod względem rozmiaru do Ca2+ niż do Sn4+. Jednak analiza Rietvelda danych dyfrakcji proszkowej rentgenowskiej ujawniła, że Eu3+ równomiernie zajmowały Ca2+ i Sn4+ miejsc, prawdopodobnie z powodu dominacji kryterium lokalnej obojętności elektrycznej w tym przypadku. Próbka domieszkowana Eu i Y Ca1.8Y0.2Eu0.2Sn0.8O4 został następnie zsyntetyzowany, ponieważ Y3+ jony o mniejszym promieniu jonowym z preferencją zajmują mniejsze pozycje kationowe (Sn4+) miejsca, usuwając większe Eu3+ jony z poza Sn4+ miejsce w większym Ca2+ miejsca bez zmiany równowagi ładunku. Jak oczekiwano, Ca1.8Y0.2Eu0.2Sn0.8O4 wykazywała silniejszą emisję niż Ca1.9Eu0.2Sn0.9O4 próbce. Silniejsza czerwona emisja w próbce współdomieszkowanej jest wyjaśniana zwiększoną frakcją Eu3+ jonów zajmujących asymetryczne miejsce Ca, koordynowane przez siedem atomów tlenu, co zwiększa moment dipolowy elektryczny w porównaniu do symetrycznego miejsca Sn sześciokoordynowanego.
Przygotowano serię polikrystalicznych próbek domieszkowanych europem i itrem o składach nominalnych Ca1.9Eu0.2Sn0.9O4 oraz Ca1.8Eu0.2Y0.2Sn0.8O4, a obsadzenie pozycji domieszkujących określono za pomocą obecnej metody.
Rycina 7 przedstawia ECP i ICP dla Ca-K, Sn-L, O-K, Eu-L oraz Y-L dla próbki Ca1.8Eu0.2Y0.2Sn0.8O4 w pobliżu strefy [100]. ICP dla Eu-L znajdowało się bliżej ICP dla Ca-K, podczas gdy ICP dla Y-L było bliżej ICP dla Sn-L. Wskazuje to, że zajmowanie pozycji przez Eu i Y może być uprzywilejowane, zgodnie z oczekiwaniami. Współczynniki αix dla i = Ca, Sn oraz x = Eu, Y wyznaczono za pomocą równania (1), przy czym nCa = 2/3 i nSn = 1/3. Współczynniki k dla składników chemicznych kalibrowano z wyprzedzeniem, wykorzystując materiał odniesienia o znanym składzie, szczegółową dyskusję na ten temat zawiera odnośnik 12. Zajętości pozycji fix (równanie (3)) domieszek oraz stężenia domieszek c wszystkich próbek zestawiono w tabeli 1.
W Ca1.9Eu0.2Sn0.9O4, Eu3+ zajmował miejsca Ca2+ i Sn4+ w równych ilościach, zgodnie z wynikami analizy rentgenowskiej metodą Rietvelda. W przeciwieństwie do tego, Eu3+ i Y3+ zajmowały miejsca Ca2+ i Sn4+ w stosunkach odpowiednio około 7:3 i 4:6 w próbkach współdomieszkowanych, co wykazuje znaczną preferencję, jak oczekiwano, ale jednocześnie zachowuje warunek neutralności ładunku w granicach dokładności przeprowadzonych badań12.
<img alt="Układ mikroskopu transmisyjnego ze skanowaniem ze detektorami, używanym do analizy materiałów." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62015/62015fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 1"> 
Rycina 1: Wygląd urządzenia. Mikroskop STEM Jeol JEM2100 oraz powiązane z nim monitory, detektory i konfiguracje panelu sterowania. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62015/62015fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Interfejs monitora sterowania mikroskopem elektronowym TEM z ustawieniami korekcji wiązki i zapisu obrazu." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62015/62015fig2v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 2"> 
Rycina 2: Układ monitora sterowania mikroskopem transmisyjnym (TCM). Pokazano okna sterowania niezbędne dla opisanej metody, a kluczowe funkcje i przyciski są opisane. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62015/62015fig2v2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Panel sterowania mikroskopem elektronowym; układ pokręteł i przycisków; regulacja jasności i ostrości; konfiguracja TEM." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62015/62015fig3v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 3"> 
Rycina 3: Panele operacyjne po lewej i prawej stronie mikroskopu S/TEM. (Lewa) Panel operacyjny po lewej stronie (LOP). (Prawa) Panel operacyjny po prawej stronie. Oznaczono klawisze funkcyjne i pokrętła operacyjne niezbędne do realizacji niniejszej metody. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62015/62015fig3v2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Zielony wzór dyfrakcji laserowej w eksperymencie optycznym, schemat interferencji i dyfrakcji światła." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62015/62015fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 4"> 
Rycina 4: Obraz plamki kaustycznej na ekranie fluorescencyjnym. Średnica plamki wynosi kilka centymetrów na ekranie i zależy od wartości defokusu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62015/62015fig04large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Diagram monitora sterowania EDS z analizą widmową, liniami rentgenowskimi i wynikami wyodrębnionego widma." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62015/62015fig05.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 5"> 
Rycina 5: Wygląd monitora sterowania EDS. W lewym górnym panelu podglądowy wzór kanałowania elektronów (ECP) określa obszar pomiaru. Dla pomiarów jednowymiarowego przechylania wybiera się skan liniowy promieniowania X w panelu po lewej stronie, a zakres pomiaru wskazany jest żółtym strzałką na podglądzie ECP. W lewym dolnym panelu tabela Mendelejewa służy do wyboru pierwiastków, których wzory kanałowania jonizacyjnego (ICP) mają być wyświetlane w prawym górnym panelu. W prawym dolnym panelu wyświetlany jest w czasie rzeczywistym zgromadzony wzór EDS. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62015/62015fig05large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wzory dyfrakcji z krystalografii; ECP, Ba-L ICP, Ti-Kα, O-Kα; orientacje [100], [110]." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62015/62015fig06.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 6"> 
Rycina 6: Eksperymentalne ECP i ICP. (A: od lewej do prawej) ECP oraz ICP emisji Ba-L, Ti-Ka i O-Ka z BaTiO3, uzyskane przez kołysanie wiązki w pobliżu osi strefy [100]. (B: od lewej do prawej) To samo co (A) w pobliżu osi strefy [110]. Rycina została zmodyfikowana z [12]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62015/62015fig06large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Diagram wzorca kanałowania elektronów z rozkładem spektralnym Ca, Sn, O, Eu, Y oraz orientacją kryształu." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62015/62015fig07.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 7"> 
Rycina 7. Wzór kanałowania elektronów (ECP) oraz odpowiadające mu rentgenowskie wzory kanałowania (ICP) dla Ca1.8Eu0.2Y0.2Sn0.8O4 uzyskane przez przechylanie wiązki w pobliżu osi strefy [100]. (A) Wzór ECP. (B–F) Wzory ICP dla emisji Ca-Ka, Sn-L, O-Ka, O-Ka, Eu-L oraz Y-L, odpowiednio. Rycina została zmodyfikowana na podstawie [12]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62015/62015fig07large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<table border="1" fo:font-size="7px" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Próbka</td>
			<td>Dopant</td>
			<td>αCa</td>
			<td>αSn</td>
			<td>fCa</td>
			<td>fSn</td>
			<td>c x (x = Eu lub Y)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ca1.9Eu0.2Sn0.9O4</td>
			<td>Eu</td>
			<td>1.71±0.001</td>
			<td>0.083±0.001</td>
			<td>0.57±0.001</td>
			<td>0.43±0.002</td>
			<td>0.061±0.001</td>
		</tr>
		<tr>
			<td rowspan="2">Ca1.8Eu0.2Y0.2Sn0.8O4</td>
			<td>Eu</td>
			<td>0.162±0.001</td>
			<td>0.077±0.001</td>
			<td>0.78±0.003</td>
			<td>0.22±0.008</td>
			<td>0.088±0.006</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Y</td>
			<td>0.040±0.002</td>
			<td>0.265±0.009</td>
			<td>0.28±0.002</td>
			<td>0.72±0.001</td>
			<td>0.118±0.004</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1. Parametry wyznaczone (zdefiniowane w tekście) dla próbek Ca2-xEuxSn1-yYyO4, gdzie (x, y) = (0,2, 0,0) i (0,2, 0,2).

Przedstawiamy ogólny zarys metod mikroanalizy ilościowej do szacowania zajętości zanieczyszczeń i ich stanów chemicznych, wykorzystując zjawiska kanalizacji elektronów w warunkach padającego kołysania wiązką elektronów, które niezawodnie wydobywają informacje o gatunkach mniejszościowych, pierwiastkach lekkich, wolnych miejscach tlenu i innych defektach punktowych/liniowych/płaskich.

Ilościowa analiza miejsc atomowych funkcjonalnych domieszek/defektów punktowych w materiałach krystalicznych za pomocą mikroanalizy wzmocnionej kanałem elektronowym

A novel elemental and chemical analysis scheme based on electron-channeling phenomena in crystalline materials is introduced, where the incident ...

Ten nowatorski schemat analizy pierwiastkowej i chemicznej może być wykorzystany do ilościowego uzyskania zależnych od miejsca informacji o zanieczyszczeniach lub domieszkach w próbce za pomocą dyspersyjnych promieni rentgenowskich i spektroskopii utraty energii elektronów. Technika ta jest prosta, tania i niezawodna ilościowo w porównaniu z innymi dostępnymi obecnie technikami analitycznymi i nie wymaga najnowocześniejszego sprzętu. Metoda ta ma szerokie zastosowanie nie tylko do analizy domieszek w monokrysztale, ale także do analizy lokalnej struktury defektów sieci związanych z wakatami, śródmiąższami i granicami ziaren.Procedurę zademonstruje Masahiro Ohtsuka, wykładowca z mojego laboratorium. Aby zamontować cienkowarstwową próbkę do transmisyjnej mikroskopii elektronowej, należy załadować próbkę do podwójnie przechylanego uchwytu próbki transmisyjnego mikroskopu elektronowego i włożyć uchwyt do transmisyjnego mikroskopu elektronowego wyposażonego w tryb skanowania i detektor promieniowania rentgenowskiego z dyspersją energii. Po wykonaniu rutynowej procedury wyrównania wiązki transmisyjnego mikroskopu elektronowego kliknij opcję Wyświetlanie obrazu skanowania załączników, aby przejść do trybu STEM.Aby wykonać wyrównanie osi optycznej, kliknij przycisk Kołysanie, a następnie kliknij Punktowy, aby zatrzymać ruch kołysania wiązki. Gdy kołysanie ustanie, usuń próbkę z pola view i użyj przycisków strzałek powiększenia, aby ustawić zakres kołysania wiązki na mniej niż plus minus dwa stopnie. Obróć pokrętło Jasność zgodnie z ruchem wskazówek zegara do limitu i wyreguluj pokrętło Object Focus Coarse w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, aby uzyskać zbyt niską ostrość.Na ekranie fluorescencyjnym pojawi się plama. Naciśnij Bright Tilt i użyj pokręteł deflektora, aby przesunąć plamę na środek ekranu fluorescencyjnego. Naciśnij przycisk standardowego ustawiania ostrości i obracaj pokrętłem jasności w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, aż na ekranie fluorescencyjnym pojawi się alternatywna plama.Naciśnij F3 i użyj pokręteł deflektora, aby przesunąć plamkę wiązki na środek ekranu. Następnie powtórz właśnie zademonstrowane kroki wyrównania optycznego, aż pozycja wiązki pozostanie w środku, nawet jeśli stan soczewki zostanie zmieniony. Aby skolimować wiązkę padającą, najpierw włóż trzecią co do wielkości aperturę kondensatora, obracając pokrętło przysłony zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a następnie ręcznie dostosuj jego położenie do środka osi optycznej za pomocą dwóch dołączonych.I użyj pokrętła jasności w połączeniu z pokrętłami deflektora i stygmatorem kondensatora, aby wyregulować stygmator soczewki kondensatora, aż kształt wiązki zostanie skupiony współosiowo. Naciśnij wobler o wysokim napięciu i wyreguluj pokrętło jasności, aby zminimalizować wahania rozmiaru wiązki wraz ze zmianą napięcia przyspieszenia, aby dostosować kąt zbieżności wiązki do minimum. Naciśnij ponownie wobler wysokiego napięcia, aby zatrzymać wobler wysokiego napięcia.Aby ustawić punkt obrotu, aktywuj tryb konserwacji zgodnie z instrukcjami producenta i wybierz JEOLS, Scan/Focus i Scan Control. Po kliknięciu opcji Correction and Can (Korekcja i skanowanie) użyj pokręteł Deflector (Deflektor) i Object Focus Fine (Precyzyjne ustawienie ostrości obiektu), aby zminimalizować przesunięcie wiązki wraz z kołysaniem wiązki. Następnie użyj sterujących Z, aby dopasować próbkę i wysokość punktu obrotu, tak aby próbka była skupiona na ekranie fluorescencyjnym.Aby wykonać końcowe wyrównanie wiązki w celu uzyskania wzorca kanału elektronowego dla próbki, przesuń obszar zainteresowania próbki z powrotem do środka i kliknij przycisk Skanuj, aby rozpocząć kołysanie wiązki. Ręcznie obróć pierścieniowy cylinder detektora ciemnego pola zgodnie z ruchem wskazówek zegara i włóż detektor. Wyreguluj pokrętła deflektora, przytrzymując PLA, aby ustawić pozycję detektora na środku pozycji wiązki i sprawdź STEI-DF.Pojawi się wzorzec kanalizacji elektronów. Dostosuj jasność i kontrast, aby zoptymalizować widok wzoru, lekko obracając pokrętło jasności, aby uzyskać najostrzejszy kontrast w razie potrzeby. Aby zebrać widma promieniowania rentgenowskiego z dyspersją energii, w trybie kołysania wiązki, należy użyć metody obrazowania spektralnego jako funkcji kątów nachylenia wiązki w kierunkach x i y, aby wyświetlić rozkład intensywności pierwiastków dla określonych pierwiastków.Aby uzyskać wzorzec jonizująco-kanałowy, należy użyć funkcji skanowania linii, aby wykonać pomiar 1D nachylenia systematycznego rzędu odbić. W podglądzie wzorca kanału elektronowego pojawią się żółte strzałki, aby określić zakres pomiarowy. Przerwij pomiary, gdy uzyskane zostaną wystarczające statystyki danych.Na tych reprezentatywnych obrazach pokazano eksperymentalne wzorce elektronów i kanałów jonizacyjnych dla tytanianu baru, baru L, baru K alfa i tlenu K alfa w pobliżu odpowiednio osi 100 i 110 stref. Tutaj można zaobserwować wzorce elektronowo-kanałowe wapnia K, cyny L, O-K, europu L i itru L dla próbki tlenku cyny wapniowo-domieszkowanego itrem europem w pobliżu strefy 100. Wzór kanału jonizującego lantanu europu w tej analizie był bliższy wzorcowi wapnia K, podczas gdy wzór itru L był bliższy temu obserwowanemu dla cyny L. Dane te sugerują, że miejsca zajmowania europu i itru mogą być obciążone, zgodnie z oczekiwaniami.Zajętość miejsca zabrudzeń i stężenia zanieczyszczeń we wszystkich próbkach są wskazane w tabeli. Jak zaobserwowano, dla samego tlenku cyny wapniowej domieszkowanego europem, europ zajmował miejsca wapnia i cyny w równym stopniu, co jest zgodne z wynikami dyfrakcji rentgenowskiej, analizy Rietvelda. W przeciwieństwie do tego, europ i itr zajmowały miejsca wapnia i cyny w próbkach domieszkowanych w proporcjach odpowiednio około siedmiu do trzech i czterech do sześciu, zgodnie z oczekiwaniami, przy zachowaniu stanu neutralności ładunku w obecnych dokładnościach eksperymentalnych.Ważne jest, aby uważnie obserwować krawędź wiązki i próbki, aby określić optymalne warunki ostrości, chociaż możliwa jest ostateczna niewielka korekta. Jeśli nie masz trybu kołysania wiązki w swoim TEM, wtyczka oprogramowania o nazwie QED, która działa w pakiecie Gatan Microscopy Suite, może zaimplementować ten sam schemat.

quantitative-atomic-site-analysis-functional-dopantspoint-defects

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

W tej pracy opisujemy zastosowanie techniki tomografii atomowo-sondowej do badania granic ziaren warstwy absorbera w ogniwie słonecznym CIGS. Przedstawiono tu również nowatorskie podejście do przygotowania końcówek sondy atomowej zawierających pożądaną granicę ziaren o znanej strukturze.

Badania tomografii sondy atomowej na granicach ziaren Cu(In,Ga)Se2

Opisano zastosowanie obrazowania kontrastowego z kanałem elektronowym w skaningowym mikroskopie elektronowym do charakteryzowania defektów w cienkich warstwach heteroekspeksjalnych III-V/Si. Metoda ta daje podobne wyniki do transmisyjnej mikroskopii elektronowej w widoku planowym, ale w znacznie krótszym czasie ze względu na brak wymaganego przygotowania próbki.

Obrazowanie kontrastowe z kanałem elektronowym do szybkiej charakterystyki heteroepitaksjalnej III-V

Przedstawiono protokół produkcji mikrochipa do ekstrakcji do fazy stałej wspomaganego dipolem do analizy metali śladowych.

Wytwarzanie mikrochipa do ekstrakcji do fazy stałej wspomaganego dipolem do analizy metali śladowych w próbkach wody

Optyczne, elektryczne i strukturalne właściwości dyslokacji i granic ziaren w materiałach półprzewodnikowych można określić za pomocą eksperymentów przeprowadzonych w skaningowym mikroskopie elektronowym. Mikroskopia elektronowa została wykorzystana do zbadania katodoluminescencji, prądu indukowanego wiązką elektronów i dyfrakcji elektronów rozproszonych wstecznie.

Kompleksowa charakterystyka rozszerzonych defektów w materiałach półprzewodnikowych za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego

Opisujemy procedurę wykrywania pierwiastków chemicznych obecnych in situ w komórkach ludzkich, jak również ich kwantyfikację in vitro. Metoda ta jest odpowiednia dla każdego typu komórek i jest szczególnie przydatna do ilościowych analiz chemicznych w pojedynczych komórkach po ekspozycji na nanocząstki tlenku metalu in vitro.

In Situ Wykrywanie i kwantyfikacja pojedynczych komórek nanocząstek tlenków metali za pomocą analizy mikrosondy jądrowej

Ten artykuł zawiera szczegółową metodę charakteryzowania mikrostruktury ultra-drobnoziarnistych i nanokrystalicznych materiałów za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego wyposażonego w standardowy system dyfrakcji elektronów wstecznie rozproszonych. Stopy metali i minerały o wyrafinowanej mikrostrukturze są analizowane przy użyciu tej techniki, ukazując różnorodność jej możliwych zastosowań.

Charakterystyka materiałów ultradrobnoziarnistych i nanokrystalicznych z wykorzystaniem transmisyjnej dyfrakcji Kikuchiego

Przedstawiono uproszczony protokół do przeprowadzenia obszernej charakterystyki biochemicznej i strukturalnej białka wiążącego substrat węglowodanowy ze Streptococcus pneumoniae.

Charakterystyka biochemiczna i strukturalna białka wiążącego substrat transportu węglowodanów SP0092

Demonstrujemy całkowicie elektroniczną metodę obserwacji dynamiki ładunków nanosekundowych domieszek atomów w krzemie za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego.

W pełni elektroniczna skaningowa mikroskopia tunelowa z nanorozdzielczością: ułatwiająca badanie dynamiki ładunku pojedynczej domieszki

Ten artykuł zawiera krótki przegląd trwających w Wojskowym Laboratorium Badawczym wysiłków nad przetwarzaniem masowych metali nanokrystalicznych, z naciskiem na metodologie stosowane do produkcji nowych proszków metali.

Przetwarzanie masowych metali nanokrystalicznych w Laboratorium Badawczym Armii Stanów Zjednoczonych

Opisujemy konfigurację linii badawczej przeznaczoną do przeprowadzania szybkiej dwuwymiarowej fluorescencji rentgenowskiej i mapowania mikrodyfrakcji rentgenowskiej próbek monokryształów lub proszków za pomocą dyfrakcji Laue (promieniowanie polichromatyczne) lub proszkowej (promieniowanie monochromatyczne). Wynikowe mapy dostarczają informacji o odkształceniu, orientacji, rozkładzie fazowym i odkształceniu plastycznym.

Synchrotronowe obrazowanie mikrodyfrakcji rentgenowskiej i fluorescencji próbek minerałów i skał

Ta praca przedstawia przebieg pracy dla śledzenia pozycji atomowej w obrazowaniu transmisyjnej mikroskopii elektronowej o rozdzielczości atomowej. Ten przepływ pracy jest wykonywany za pomocą aplikacji Matlab typu open source (EASY-STEM).

Pikometr-Precyzyjne śledzenie pozycji atomowej za pomocą mikroskopii elektronowej

Poznaj ilościową analizę miejsc atomowych domieszek w materiałach krystalicznych za pomocą mikroanalizy wzmocnionej kanałem elektronowym. Ta prosta metoda EDX/EELS umożliwia badanie defektów sieciowych bez zaawansowanego sprzętu.

Ilościowa analiza miejsc atomowych funkcjonalnych domieszek/defektów punktowych w materiałach krystalicznych za pomocą mikroanalizy wzmocnionej kanałem elektronowym (Wideo) | JoVE Journal

Ilościowa analiza miejsc atomowych funkcjonalnych domieszek/defektów punktowych w materiałach krystalicznych za pomocą mikroanalizy wzmocnionej kanałem elektronowym

Przeglądaj więcej filmów