Análise quantitativa do local atômico de defeitos funcionais/pontos em materiais cristalinos por Microanálise Aprimorada por Canalização eletrônica

Este novo esquema de análise elementar e química pode ser usado para derivar quantitativamente informações dependentes do local para impurezas ou dopants dentro de um espécime usando espectroscopias de raios-x dispersivos de energia e de perda de energia eletrônica. A técnica é simples, de baixo custo e quantitativamente confiável em comparação com outras técnicas analíticas disponíveis atualmente e não requer equipamentos de última geração. Este método é amplamente aplicável não apenas à análise dopante em um único cristal, mas também à análise da estrutura local de defeitos de rede associados a vagas, intersticiais e limites de grãos.

Demonstrando o procedimento será Masahiro Ohtsuka, um professor do meu laboratório. Para montar uma amostra de filme fino para microscopia eletrônica de transmissão, carregue a amostra em um suporte de amostra de microscópio eletrônico de transmissão de dupla inclinação e insira o suporte em um microscópio eletrônico de transmissão equipado com um modo de varredura e um detector de raios-X dispersivo de energia. Depois que um procedimento de alinhamento do feixe de microscópio eletrônico de transmissão de rotina foi realizado, clique em Anexo Scanning Image Display para navegar até o modo STEM.

Para executar um alinhamento do eixo óptico, clique no Balanço e clique no Spot para parar o movimento de balanço do feixe. Quando o balanço parar, remova a amostra do campo de visão e use os botões de seta de ampliação para definir o intervalo de balanço do feixe para menos de mais ou menos dois graus. Gire o botão brilho no sentido horário até o limite e ajuste o botão Coarse Foco de objeto no sentido anti-horário para uma condição subfoque.

Um ponto cáustico aparecerá na tela de visualização fluorescente. Pressione Bright Tilt e use os botões do Defletor para mover o ponto cáustico para o centro da tela fluorescente. Pressione o botão Foco Padrão e gire o botão Brilho no sentido anti-horário até que um ponto cáustico alternativo apareça na tela fluorescente.

Pressione F3 e use os botões do Defletor para mover o ponto de viga para o centro da tela. Em seguida, repita os passos de alinhamento óptico apenas demonstrados até que a posição do feixe permaneça no centro, mesmo que a condição da lente seja comutada. Para colidir o feixe de incidente, primeiro insira a terceira maior abertura condensadora girando o botão de abertura no sentido horário e, em seguida, ajuste sua posição manualmente para o centro do eixo óptico usando dois parafusos conectados.

E use o botão Brilho em conjunto com os botões Deflector e o estigma do condensador para ajustar o estigma da lente condensadora até que a forma do feixe esteja coaxialmente focada. Pressione o wobbler de alta tensão e ajuste o botão brilho para minimizar a flutuação do tamanho do feixe com a mudança na tensão de aceleração para ajustar o ângulo de convergência do feixe ao mínimo. Pressione o Wobbler de alta tensão novamente para parar o oscilador de alta tensão.

Para definir o ponto de pivô, ative o modo de manutenção de acordo com as instruções do fabricante e selecione JEOLS, Scan/Focus e Scan Control. Depois de clicar em Correção e Digitalização, use os botões Deflector e Object Focus Fine para minimizar o câmbio do feixe com o balanço do feixe. Em seguida, use as teclas de controle Z para combinar com a altura da amostra e do ponto pivô para que a amostra esteja focada na tela fluorescente.

Para realizar um alinhamento final do feixe para obter um padrão de canalização eletrônica para a amostra, mova a área de interesse da amostra de volta para o centro e clique em Digitalizar para iniciar o balanço do feixe. Gire manualmente o cilindro do detector de campo escuro anular no sentido horário e insira o detector. Ajuste os botões do Defletor enquanto segura a tecla PLA para definir a posição do detector no centro da posição do feixe e verifique STEI-DF.

Um padrão de canalização de elétrons aparecerá. Ajuste o brilho e o contraste para otimizar a visão do padrão, girando ligeiramente o botão brilho para obter o contraste mais acentuado conforme necessário. Para coletar o espectro de raios-X dispersivos de energia, no modo de balanço do feixe, use o método de imagem espectral em função dos ângulos de inclinação do feixe nas direções x e y para exibir a distribuição de intensidade elementar para elementos especificados.

Para obter um padrão de canalização ionizante, use a função de varredura de linha para realizar uma medição de inclinação 1D de uma linha sistemática de reflexões. Setas amarelas aparecerão na visualização do padrão de canalização eletrônica para especificar o intervalo de medição. Pare as medições quando forem obtidas estatísticas de dados suficientes.

Nestas imagens representativas, são mostrados padrões experimentais de canalização de elétrons e ionização para titânio de bário, bário L, bário K alfa e oxigênio K alfa perto dos eixos de 100 e 110 zonas, respectivamente. Aqui, podem ser observados os padrões de canalização de elétrons e ionização de cálcio K, estanho L, O-K, europium L e ítrio L para a amostra de óxido de estanho de cálcio co-dopado de europium perto da zona de 100. O padrão de canal ionizante de iontão de ântio de europium nesta análise estava mais próximo do padrão K de cálcio, enquanto o padrão yttrium L estava mais próximo do observado para estanho L.Esses dados sugerem que os locais de ocupação de europium e ítrio poderiam ser tendenciosos, como esperado.

As ocupações do local das impurezas e as concentrações de impureza de todas as amostras estão indicadas na tabela. Como observado, apenas para o europium dopou óxido de lata de cálcio, o europium ocupou os locais de cálcio e estanho igualmente, consistente com os resultados da difração de raios-X, análise rietveld. Em contraste, o europium e o ítrio ocuparam os sítios de cálcio e estanho nas amostras co-dopadas em proporções de aproximadamente sete a três e quatro a seis, respectivamente, significativamente tendenciosas, como esperado, mantendo a condição de neutralidade da carga dentro das atuais precisãos experimentais.

É importante observar cuidadosamente a borda do feixe e a amostra para determinar as condições ideais em foco, embora um pequeno ajuste final seja possível. Se você não tiver um modo de balanço de feixe em seu TEM, um plugin de software chamado QED, que é executado no Gatan Microscopy Suite, pode implementar o mesmo esquema.