4D scanning transmission electron microscopy
4डी स्कैनिंग संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (4डी एसटीईएम) स्कैनिंग संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (एसटीईएम) का एक उपसमुच्चय है जो प्रत्येक स्कैन स्थान पर एक अभिसारी बीम इलेक्ट्रॉन विवर्तन (सीबीईडी) पैटर्न को पकड़ने के लिए एक पिक्सेलेटेड इलेक्ट्रॉन डिटेक्टर का उपयोग करता है। यह तकनीक वास्तविक स्थान में 2 आयामी क्षेत्र में बीम रास्टर के रूप में प्रत्येक स्कैन बिंदु से जुड़ी 2 आयामी पारस्परिक अंतरिक्ष छवि को पकड़ती है, इसलिए इसका नाम 4डी एसटीईएम है। इसका विकास एसटीईएम डिटेक्टरों में विकास और कम्प्यूटेशनल शक्ति में सुधार से सक्षम हुआ। इस तकनीक का उपयोग दृश्य विवर्तन इमेजिंग, चरण अभिविन्यास और तनाव मानचित्रण, चरण विपरीत विश्लेषण आदि में किया जाता है। 4डी स्टेम नाम साहित्य में आम है, हालांकि इसे अन्य नामों से जाना जाता हैः 4डी स्टेम ई. ई. एल. एस., एन. डी. स्टेम (एन-चूंकि आयामों की संख्या 4 से अधिक हो सकती है), स्थिति समाधान विवर्तन (पी. आर. डी.), स्थानिक समाधान विवर्तन, गति-समाधान स्टेम, "नैनोबीम परिशुद्धता इलेक्ट्रॉन विवर्तन", स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन नैनो विवर्तन, नैनोबीम इलेक्ट्रॉन विवर्तन, या पिक्सेलेटेड स्टेम। इतिहास प्रारंभिक उदाहरणों में से एक जहां जांच स्थिति के एक कार्य के रूप में विवर्तन पैटर्न का विश्लेषण 1995 में किया गया था, जहां पीटर नेलिस्ट, बी. सी. मैकलम और जॉन रॉडेनबर्ग ने क्रिस्टलीय सिलिकॉन के इलेक्ट्रॉन टाइकोग्राफी विश्लेषण का प्रयास किया। ट्रेसी और गिब्सन द्वारा 1996 में प्रस्तावित उतार-चढ़ाव इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (एफ. ई. एम.) तकनीक में किसी दिए गए नमूने पर विभिन्न स्थानों पर ली गई छवियों या विवर्तन पैटर्न में अंतर का मात्रात्मक विश्लेषण भी शामिल था। उस समय उपलब्ध डिटेक्टरों की सीमित क्षमताओं के कारण 4डी एसटीईएम का क्षेत्र अविकसित रहा। संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (टी. ई. एम.) में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले सी. सी. डी. डिटेक्टरों की डेटा अधिग्रहण दर सीमित थी, वे यह भेद नहीं कर सकते थे कि डिटेक्टर पर एक इलेक्ट्रॉन उच्च सटीकता के साथ कहाँ हमला करता है, और कम गतिशील सीमा थी जो उन्हें 4 डी एस. टी. ई. एम. में उपयोग के लिए अवांछनीय बनाती थी। 2010 के दशक के अंत में, एकल इलेक्ट्रॉन संवेदनशीलता, उच्च गतिशील सीमा और तेजी से पढ़ने की गति के साथ संकर पिक्सेल सरणी डिटेक्टरों (पी. ए. डी.) के विकास ने व्यावहारिक 4 डी. एस. टी. ई. एम. प्रयोगों की अनुमति दी। जबकि 4डी एसटीईएम में डेटा संग्रह की प्रक्रिया मानक एसटीईएम के समान है, प्रत्येक तकनीक अलग-अलग डिटेक्टरों का उपयोग करती है और अलग-अलग डेटा एकत्र करती है। 4डी एसटीईएम में पीछे के केंद्र तल पर स्थित एक पिक्सेलेटेड इलेक्ट्रॉन डिटेक्टर होता है जो प्रत्येक स्कैन स्थान पर सीबीईडी पैटर्न एकत्र करता है। पारस्परिक स्थान में एक क्षेत्र का चयन करके और प्रत्येक सीबीईडी पैटर्न में उस क्षेत्र की औसत तीव्रता को वास्तविक स्थान पिक्सेल को निर्धारित करके नमूने की एक छवि का निर्माण सीबीईडी पैटर्न से किया जा सकता है। सीबीईडी पैटर्न संग्रह के साथ समवर्ती रूप से ली गई (एन) ए. डी. एफ. या एच. ए. ए. डी. एफ. छवि होना भी आम बात है। डार्क-फील्ड छवि ली गई है जो कैप्चर्ड सीबीईडी छवियों से निर्मित ब्राइट-फील्ड छवि के पूरक है। बीच में एक छेद के साथ एक खोखले डिटेक्टर का उपयोग स्कैनिंग करते समय संचारित इलेक्ट्रॉनों को एक ई. ई. एल. एस. डिटेक्टर को पारित करने की अनुमति दे सकता है। यह रासायनिक स्पेक्ट्रा जानकारी और संरचना जानकारी के एक साथ संग्रह की अनुमति देता है। पारंपरिक टी. ई. एम. में, इमेजिंग डिटेक्टर इलेक्ट्रॉनों का पता लगाने के लिए एक चार्ज युग्मित उपकरण (सी. सी. डी.) के साथ जोड़े गए फॉस्फोरेसेंट सिंटिलेटर का उपयोग करते हैं। हालांकि इन उपकरणों में अच्छी इलेक्ट्रॉन संवेदनशीलता होती है, लेकिन उनमें 4डी एसटीईएम के लिए आवश्यक रीडआउट गति और गतिशील सीमा की कमी होती है। इसके अतिरिक्त, एक सिंटिलेटर का उपयोग सिंटिलेटर के साथ इलेक्ट्रॉन की बातचीत के कारण डिटेक्टर के पॉइंट स्प्रेड फंक्शन (पीएसएफ) को खराब कर सकता है जिसके परिणामस्वरूप संकेत का विस्तार होता है। इसके विपरीत, पारंपरिक कुंडलाकार एसटीईएम डिटेक्टरों में आवश्यक पठन गति होती है, लेकिन एक पूर्ण सीबीईडी पैटर्न एकत्र करने के बजाय डिटेक्टर एकत्र की गई तीव्रता को कोणों की एक श्रृंखला पर एक एकल डेटा बिंदु में एकीकृत करता है। 2010 के दशक में एकल इलेक्ट्रॉन संवेदनशीलता, तेज रीडआउट गति और उच्च गतिशील सीमा के साथ पिक्सेलेटेड डिटेक्टरों के विकास ने 4 डी एसटीईएम को एक व्यवहार्य प्रयोगात्मक विधि के रूप में सक्षम किया है। 4डी एसटीईएम डिटेक्टर आमतौर पर या तो मोनोलिथिक एक्टिव पिक्सेल सेंसर (एमएपीएस) या हाइब्रिड पिक्सेल ऐरे डिटेक्टर (पीएडी) के रूप में बनाए जाते हैं। मोनोलिथिक एक्टिव पिक्सेल सेंसर (एमएपीएस) एक एमएपीएस डिटेक्टर में एक पूरक धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (सीएमओएस) चिप होती है जिसे एक डोप्ड एपिटैक्सियल सतह परत के साथ जोड़ा जाता है जो उच्च ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों को कई कम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों में परिवर्तित करता है जो डिटेक्टर तक जाते हैं। एमएपीएस डिटेक्टरों को विकिरण कठोर होना चाहिए क्योंकि उच्च ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों के सीधे संपर्क में आने से विकिरण क्षति एक प्रमुख चिंता का विषय बन जाता है। अपनी अखंड प्रकृति और सीधे डिजाइन के कारण, एमएपीएस डिटेक्टर 4000 x 4000 के क्रम पर उच्च पिक्सेल घनत्व प्राप्त कर सकते हैं। यह उच्च पिक्सेल घनत्व जब कम इलेक्ट्रॉन खुराक के साथ जोड़ा जाता है तो उच्च दक्षता वाली इमेजिंग के लिए एकल इलेक्ट्रॉन गिनती को सक्षम कर सकता है। इसके अतिरिक्त, एमएपीएस डिटेक्टरों में इलेक्ट्रॉन उच्च संवेदनशीलता और तेजी से पढ़ने की गति होती है, लेकिन सीमित गतिशील सीमा से पीड़ित होते हैं। पिक्सेल ऐरे डिटेक्टर (पी. ए. डी.) पी. ए. डी. डिटेक्टरों में एक एकीकृत परिपथ से बंधे एक फोटोडायोड बंप होते हैं, जहां प्रत्येक सोल्डर बंप डिटेक्टर पर एक पिक्सेल का प्रतिनिधित्व करता है। इन डिटेक्टरों में आम तौर पर 128 x 128 के क्रम पर कम पिक्सेल घनत्व होते हैं लेकिन 32 बिट के क्रम पर बहुत अधिक गतिशील सीमा प्राप्त कर सकते हैं। ये डिटेक्टर 1 एमएस/पिक्सेल के क्रम पर अपेक्षाकृत उच्च रीडआउट गति प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन एसटीईएम में अपने कुंडलाकार डिटेक्टर समकक्षों की तुलना में अभी भी कमी है जो 10 माइक्रोन/पिक्सेल के क्रम पर रीडआउट गति प्राप्त कर सकते हैं। डिटेक्टर शोर प्रदर्शन को अक्सर इसकी जासूसी क्वांटम दक्षता (डी. क्यू. ई.) द्वारा मापा जाता है जिसे इस प्रकार परिभाषित किया गया हैः जहां आउटपुट सिग्नल से शोर अनुपात वर्ग है और इनपुट सिग्नल से शोर अनुपात वर्ग है। आदर्श रूप से एक संवेदक का डी. क्यू. ई. 1 है जो दर्शाता है कि संवेदक शून्य शोर उत्पन्न करता है। एम. ए. पी. एस., ए. पी. एस. और अन्य प्रत्यक्ष इलेक्ट्रॉन डिटेक्टरों का डी. क्यू. ई. उनके सी. सी. डी. कैमरा समकक्षों की तुलना में अधिक होता है। कम्प्यूटेशनल विधियाँ 4डी एसटीईएम में एक प्रमुख मुद्दा तकनीक द्वारा एकत्र किए गए डेटा की बड़ी मात्रा है। स्कैनिंग के एक घंटे के दौरान उत्पादित 100 से अधिक टीबी डेटा के साथ, प्रासंगिक जानकारी खोजना चुनौतीपूर्ण है और इसके लिए उन्नत गणना की आवश्यकता होती है। इतने बड़े डेटासेट का विश्लेषण काफी जटिल हो सकता है और इस डेटा को संसाधित करने के लिए कम्प्यूटेशनल तरीके विकसित किए जा रहे हैं। 4डी एसटीईएम के विश्लेषण के लिए कई कोड भंडार वर्तमान में विकास में हैं जिनमें शामिल हैंः हाइपरस्पाई, लिबरटीईएम, पाइक्रोस्कोपी, और। ये बड़े डेटा सेट टी. ई. एम. प्रयोगों में कृत्रिम बुद्धिमत्ता (ए. आई.) और मशीन लर्निंग (एम. एल.) एल्गोरिदम के कार्यान्वयन को सक्षम कर सकते हैं, जहां सूक्ष्मदर्शी द्वारा सामान्य रूप से विचार नहीं किए गए पैटर्न को ए. आई. द्वारा प्रकट किया जा सकता है। जब भौतिक रूप से सार्थक ढांचे में आधारित किया जाता है, तो ए. आई. और एम. एल. बड़े एस. टी. ई. एम. डेटासेट में विशेषता खोजने में उच्च दक्षता का नेतृत्व कर सकते हैं। विशेषताओं की पहचान के अलावा, ए. आई. और एम. एल. अपने प्रभावी भविष्यसूचक लागत विश्लेषण के कारण प्रयोगात्मक डिजाइन को सूचित करने में भी मदद कर सकते हैं। हालाँकि, इस प्रकार के ए. आई. संचालित विश्लेषण के लिए प्रशिक्षित करने के लिए जानकारी के डेटाबेस की आवश्यकता होती है जो वर्तमान में मौजूद नहीं हैं। इसके अतिरिक्त, डेटा गुणवत्ता के लिए मेट्रिक्स की कमी, विभिन्न निर्माताओं में खराब क्रॉस-प्लेटफ़ॉर्म समर्थन के कारण सीमित मापनीयता, और विश्लेषण और प्रयोगात्मक तरीकों में मानकीकरण की कमी विभिन्न डेटासेट में तुलना के साथ-साथ प्रजनन क्षमता के सवाल भी उठाती है। चयनित अनुप्रयोग 4डी एसटीईएम का उपयोग अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में किया गया है, सबसे आम उपयोगों में आभासी विवर्तन इमेजिंग, अभिविन्यास और तनाव मानचित्रण और चरण कंट्रास्ट विश्लेषण शामिल हैं जो नीचे दिए गए हैं। तकनीक को निम्न में भी लागू किया गया हैः मध्यम सीमा क्रम माप, उच्च क्रम लाऊ क्षेत्र (एचओएलजेड) चैनलिंग कंट्रास्ट इमेजिंग, स्थिति औसत सीबीईडी, उतार-चढ़ाव इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी, जैव सामग्री लक्षण वर्णन, और चिकित्सा क्षेत्र (दवा सामग्री की सूक्ष्म संरचना और पेप्टाइड क्रिस्टल का अभिविन्यास मानचित्रण)। यह सूची किसी भी तरह से संपूर्ण नहीं है और चूंकि यह क्षेत्र अभी भी अपेक्षाकृत युवा है, इसलिए अधिक अनुप्रयोगों को सक्रिय रूप से विकसित किया जा रहा है। आभासी विवर्तन इमेजिंग आभासी विवर्तन इमेजिंग विवर्तन पैटर्न से वास्तविक अंतरिक्ष छवियों को उत्पन्न करने के लिए विकसित एक विधि है। इस तकनीक का उपयोग 90 के दशक से सामग्री संरचनाओं को चिह्नित करने में किया जाता रहा है, लेकिन हाल ही में इसे 4डी एसटीईएम अनुप्रयोगों में लागू किया गया है। इस तकनीक को अक्सर स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन नैनो विवर्तन (एस. ई. एन. डी.) के रूप में संदर्भित किया जाता है जिसमें 4 जोड़ी चुंबकीय कुंडलियों का उपयोग परिवर्तित जांच को झुकाने और सतह पर बीम को रेखापुंज करने के लिए किया जाता है। एक "वर्चुअल डिटेक्टर", बिल्कुल भी डिटेक्टर नहीं है, बल्कि डेटा प्रोसेसिंग की एक विधि है जो उज्ज्वल-क्षेत्र और गहरे-क्षेत्र की छवियां बनाने के लिए प्रत्येक रेखापुंज स्थिति में विवर्तन पैटर्न में पिक्सेल के एक उपसमुच्चय को एकीकृत करती है। इन छवियों का प्रसंस्करण पहले सभी स्कैनों पर विवर्तन पैटर्न को औसत करके किया जाता है। फिर विवर्तन पैटर्न में रुचि के एक क्षेत्र का चयन किया जाता है, कम किए गए डेटासेट पर एक आभासी छिद्र खींचा जाता है, और छवि का निर्माण कम्प्यूटेशनल विधियों का उपयोग करके किया जाता है। यह आभासी छिद्र वांछित किसी भी आकार/आकार का हो सकता है और एकल स्कैन से एकत्र किए गए 4डी डेटासेट का उपयोग करके बनाया जा सकता है। विभिन्न एपर्चर का अनुकरण करने की यह क्षमता 4डी एसटीईएम विधियों द्वारा सक्षम की जाती है और पारंपरिक एसटीईएम संचालन में एक विशिष्ट कमजोरियों को समाप्त करती है क्योंकि एसटीईएम ब्राइट-फील्ड और डार्क-फील्ड डिटेक्टर को निश्चित कोणों पर रखा जाता है और इमेजिंग के दौरान बदला नहीं जा सकता है। 4डी डेटासेट के साथ उज्ज्वल/गहरे क्षेत्र की छवियों को क्रमशः विवर्तन और संचारित किरणों से विवर्तन तीव्रता को एकीकृत करके प्राप्त किया जा सकता है। इन प्रतिरूपों से छवियाँ बनाना नैनोमीटर रिज़ॉल्यूशन दे सकता है और आमतौर पर इसका उपयोग नैनोमटेरियल्स की संरचना को चिह्नित करने के लिए किया जाता है। इन विवर्तन प्रतिरूपों को अनुक्रमित किया जा सकता है और अभिविन्यास और चरण मानचित्रण के लिए उनका विश्लेषण किया जा सकता है, जहां स्कैन से वास्तविक अंतरिक्ष छवियों का निर्माण किया जा सकता है। 4डी एसटीईएम में आभासी इमेजिंग करने के लाभों में शामिल हैंः पारंपरिक इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी में डिटेक्टर ज्यामिति को सक्षम करना संभव नहीं है, जिससे डिटेक्टर से टकराने वाले किसी भी कोण पर बिखरे हुए इलेक्ट्रॉनों के विशिष्ट उपयोग की अनुमति मिलती है, छवियों पर शोर के संकेत में सुधार होता है, और नमूना झुकने/गतिशील प्रकीर्णन घटनाओं के प्रतिरोध में सुधार होता है। 4डी एसटीईएम का उपयोग इंटरफेस का मानचित्रण करने, विवर्तन तल के चयनित क्षेत्रों से तीव्रता का चयन करने के लिए किया गया है ताकि उन्नत डार्क फील्ड छवियां बनाई जा सकें, नैनोस्केल अवक्षेपों की स्थिति का मानचित्रण किया जा सके, बीम संवेदनशील बैटरी कैथोड सामग्री के चरण मानचित्र बनाए जा सकें और धातु-कार्बनिक ढांचे (एमओएफ) में क्रिस्टलीयता की डिग्री को मापा जा सके। चरण अभिविन्यास मानचित्रण चरण अभिविन्यास मानचित्रण आमतौर पर एस. ई. एम. में इलेक्ट्रॉन बैक बिखरे हुए विवर्तन के साथ किया जाता है जो पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्री में अनाज अभिविन्यास के 2 डी मानचित्र दे सकता है। तकनीक को टी. ई. एम. में किकुची रेखाओं का उपयोग करके भी किया जा सकता है, जो मोटे नमूनों के लिए अधिक लागू होता है क्योंकि किकुची रेखाओं का निर्माण फैला हुआ प्रकीर्णन मौजूद होने पर निर्भर करता है। वैकल्पिक रूप से, टी. ई. एम. में कोई भी बड़ी संख्या में विवर्तन पैटर्न को रिकॉर्ड करने के लिए प्रीसेशन इलेक्ट्रॉन विवर्तन (पी. ई. डी.) का उपयोग कर सकता है और ज्ञात पैटर्न की तुलना के माध्यम से, अनाज के सापेक्ष अभिविन्यास को निर्धारित किया जा सकता है। ब्रैग स्पॉट इमेजिंग नामक तकनीक में 4डी एसटीईएम का उपयोग अभिविन्यास को मैप करने के लिए भी किया जा सकता है। पारंपरिक टी. ई. एम. तकनीकों के उपयोग के परिणामस्वरूप आमतौर पर 4 डी. एस. टी. ई. एम. दृष्टिकोण की तुलना में बेहतर समाधान होता है, लेकिन उच्च तनाव वाले क्षेत्रों में विफल हो सकता है क्योंकि डी. पी. बहुत विकृत हो जाते हैं। ब्रैग स्पॉट इमेजिंग में, पहली सहसंबंध विश्लेषण विधि 0 (कोई सहसंबंध नहीं) और 1 (सटीक मिलान) के बीच एक सहसंबंध विधि का उपयोग करके समूह विवर्तन पैटर्न (डी. पी.) के लिए की जाती है; फिर डी. पी. को एक सहसंबंध सीमा का उपयोग करके उनके सहसंबंध द्वारा समूहीकृत किया जाता है। फिर प्रत्येक समूह से एक सहसंबंध छवि प्राप्त की जा सकती है। प्रत्येक समूह से एक समग्र प्रतिनिधि विवर्तन टेम्पलेट प्राप्त करने के लिए इन्हें संक्षेपित और औसत किया जाता है। विभिन्न अभिविन्यासों को रंग दिए जा सकते हैं जो अलग-अलग अनाज अभिविन्यासों की कल्पना करने में मदद करते हैं। उचित झुकाव और प्रीसेशन इलेक्ट्रॉन विवर्तन (पी. ई. डी.) के उपयोग के साथ अनाज अभिविन्यास और वितरण का 3 डी टोमोग्राफिक प्रतिपादन करना भी संभव है। चूंकि तकनीक कम्प्यूटेशनल रूप से गहन है, इसलिए हाल के प्रयासों को विवर्तन पैटर्न के विश्लेषण के लिए एक मशीन सीखने के दृष्टिकोण पर केंद्रित किया गया है। स्ट्रेन मैपिंग टी. ई. एम. स्थानीय स्ट्रेन को माप सकता है और अक्सर संघनित बीम इलेक्ट्रॉन विवर्तन सी. बी. ई. डी. का उपयोग करके नमूनों में स्ट्रेन को मैप करने के लिए उपयोग किया जाता है। इस तकनीक का आधार जाली पैरामीटर में परिवर्तनों को देखने के लिए एक तनावग्रस्त क्षेत्र के साथ नमूने के विवर्तन पैटर्न के एक अनियंत्रित क्षेत्र की तुलना करना है। एसटीईएम के साथ, एक नमूने के क्षेत्र से विक्षेपित डिस्क की स्थिति स्थानिक तनाव की जानकारी प्रदान कर सकती है। 4डी एसटीईएम डेटासेट के साथ इस तकनीक के उपयोग में उचित रूप से शामिल गणनाएं शामिल हैं। सेंड का उपयोग करते हुए, उज्ज्वल और गहरे क्षेत्र की छवियों को क्रमशः प्रत्यक्ष और विवर्तित किरणों के एकीकरण द्वारा विवर्तन पैटर्न से प्राप्त किया जा सकता है, जैसा कि पहले चर्चा की गई थी। 4डी एसटीईएम ऑपरेशन के दौरान ए. डी. एफ. डिटेक्टर का उपयोग माप के दौरान विवर्तन के साथ जांच स्थान को सहसंबंधित करने के लिए बड़े कोणों पर बिखरे हुए इलेक्ट्रॉनों के संग्रह के माध्यम से रुचि के एक विशेष क्षेत्र की कल्पना करने के लिए किया जा सकता है। रिज़ॉल्यूशन और तनाव की जानकारी के बीच एक समझौता है; क्योंकि बड़ी जांच बड़ी मात्रा में तनाव माप का औसत ले सकती है, लेकिन छोटे जांच आकारों में जाने से उच्च वास्तविक स्थान संकल्प मिलता है। इस मुद्दे से निपटने के तरीके हैं जैसे कि देखने के क्षेत्र को बढ़ाने के लिए समाधान सीमा से आगे की दूरी की जांच। इस तनाव मानचित्रण तकनीक को कई क्रिस्टलीय सामग्रियों में लागू किया गया है और इसे अर्ध-क्रिस्टलीय और अनाकार सामग्री (जैसे धातु के चश्मे) तक विस्तारित किया गया है क्योंकि वे भी उच्च तनाव चरण कंट्रास्ट विश्लेषण विभेदक चरण कंट्रास्ट के क्षेत्रों में औसत परमाणु दूरी से विचलन प्रदर्शित करते हैं। विभेदक चरण कंट्रास्ट इमेजिंग तकनीक (डी. पी. सी.) का उपयोग एसटीईएम में प्रत्येक स्कैन बिंदु पर क्षेत्र के कारण होने वाले इलेक्ट्रॉन बीम के विक्षेपण को मापकर नमूनों में स्थानीय विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का मानचित्रण करने के लिए किया जा सकता है। परंपरागत रूप से बीम की गति को खंडित कुंडलाकार क्षेत्र डिटेक्टरों का उपयोग करके ट्रैक किया जाता था जो बीम को घेरते थे। खण्डित डिटेक्टरों के साथ डी. पी. सी. में परमाणु संकल्प तक होता है। 4डी एसटीईएम में एक पिक्सेलेटेड डिटेक्टर और सीबीईडी पैटर्न के "द्रव्यमान के केंद्र" की गति को ट्रैक करने के लिए एक कंप्यूटर का उपयोग खंडित डिटेक्टरों का उपयोग करके पाए जाने वाले तुलनात्मक परिणाम प्रदान करने के लिए पाया गया। 4डी एसटीईएम सभी दिशाओं के साथ चरण परिवर्तन माप को नमूना अभिविन्यास के साथ संरेखित करने के लिए खंडित डिटेक्टर को घुमाने की आवश्यकता के बिना मापा जा सकता है। स्थानीय विद्युत क्षेत्र के समानांतर स्थानीय ध्रुवीकरण को मापने की क्षमता को 4डी एसटीईएम के साथ भी प्रदर्शित किया गया है। 4डी एसटीईएम के साथ डीपीसी इमेजिंग खंडीय डिटेक्टरों के साथ डीपीसी की तुलना में 2 क्रम तक धीमी होती है और इसके लिए बड़े चार-आयामी डेटासेट के उन्नत विश्लेषण की आवश्यकता होती है। एक 4डी एसटीईएम डेटासेट में मौजूद अतिव्यापी सीबीईडी माप जटिल इलेक्ट्रॉन जांच और जटिल नमूना क्षमता के निर्माण के लिए पीटीकोग्राफी तकनीक का उपयोग करने की अनुमति देते हैं। 4डी एसटीईएम डेटा के साथ पीटिकोग्राफिक पुनर्निर्माण को एसटीईएम में ए. डी. एफ., बी. एफ., ए. बी. एफ. और खंडित डी. पी. सी. इमेजिंग की तुलना में उच्च कंट्रास्ट प्रदान करने के लिए दिखाया गया था। 4डी एसटीईएम के तहत इस तकनीक का उच्च संकेत-से-शोर अनुपात इसे जैविक नमूनों जैसे विकिरण संवेदनशील नमूनों की इमेजिंग के लिए आकर्षक बनाता है बीच में एक छेद के साथ एक पिक्सेलेटेड डिटेक्टर का उपयोग बिना बिखरे हुए इलेक्ट्रॉन बीम को एक स्पेक्ट्रोमीटर तक जाने की अनुमति देने के लिए 4डी एसटीईएम में रासायनिक विश्लेषण के संयोजन में टाइकोग्राफिक विश्लेषण की अनुमति देने के लिए दिखाया गया है। मिडी स्टेम यह तकनीक मिडी-स्टेम (मिलान रोशनी और डिटेक्टर इंटरफेरोमेट्री-स्टेम), कम आम होने के बावजूद, उच्च कंट्रास्ट चरण छवियों को बनाने के लिए टाइपोग्राफी के साथ उपयोग की जाती है। जांच बनाने वाले छिद्र में 0 और π/2 चरण बदलाव के क्षेत्रों के साथ एक चरण प्लेट का स्थान परिणामी सीबीईडी पैटर्न में संकेंद्रित वलय की एक श्रृंखला बनाता है। 0 और π/2 क्षेत्रों के बीच गणना में अंतर स्थानीय नमूना चरण के प्रत्यक्ष माप के लिए अनुमति देता है। विभिन्न क्षेत्रों में गणना को जटिल मानक डिटेक्टर ज्यामिति या 4 डी एसटीईएम में पिक्सेलेटेड डिटेक्टर के उपयोग के माध्यम से मापा जा सकता है। पिक्सेलेटेड डिटेक्टरों को परमाणु संकल्प के साथ इस तकनीक का उपयोग करने के लिए दिखाया गया है। (एम. आई. डी. आई.)-एस. टी. ई. एम. डी. पी. सी. या टाइपोग्राफी की तुलना में कम हाई-पास फ़िल्टरिंग के साथ इमेज कंट्रास्ट जानकारी का उत्पादन करता है लेकिन उन तकनीकों की तुलना में उच्च स्थानिक आवृत्तियों पर कम कुशल है। (एम. आई. डी. आई.)-टाइपोग्राफी के साथ संयोजन में उपयोग किए जाने वाले एस. टी. ई. एम. को व्यक्तिगत रूप से किसी भी तकनीक की तुलना में विपरीत जानकारी प्रदान करने में अधिक कुशल दिखाया गया है। इलेक्ट्रान बीम प्रेरित निक्षेपण संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (टी. ई. एम.) स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन प्रसारण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (एस. टी. ई. एम.) ऊर्जा फ़िल्टर संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (ई. एफ. टी. ई. एम.) उच्च-रिज़ॉल्यूशन संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (एच. आर. टी. ई. एम.) स्कैनिंग कॉन्फोकल इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (एस. सी. ई. एम.) स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (एस. ई. एम.) संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी के लिए डिटेक्टर भी देखें।