4D scanning transmission electron microscopy
4டி ஸ்கேனிங் டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (4டி எஸ்டிஇஎம்) என்பது ஸ்கேனிங் டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியின் (எஸ்டிஇஎம்) துணைக்குழுவாகும், இது ஒவ்வொரு ஸ்கேன் இடத்திலும் ஒரு ஒருங்கிணைந்த பீம் எலக்ட்ரான் விவரக்குறிப்பு (சிபிஇடி) வடிவத்தைப் பிடிக்க பிக்சலேட்டட் எலக்ட்ரான் டிடெக்டரைப் பயன்படுத்துகிறது. இந்த நுட்பம் ஒவ்வொரு ஸ்கேன் புள்ளியுடனும் தொடர்புடைய 2 பரிமாண பரஸ்பர விண்வெளி படத்தைப் பிடிக்கிறது, இது உண்மையான இடத்தில் 2 பரிமாணப் பகுதியில் பீம் ராஸ்டர்களாக உள்ளது, எனவே 4D STEM என்று அழைக்கப்படுகிறது. STEM கண்டுபிடிப்பாளர்களின் பரிணாமம் மற்றும் கணக்கீட்டு சக்தியை மேம்படுத்துவதன் மூலம் அதன் வளர்ச்சி செயல்படுத்தப்பட்டது. இந்த நுட்பம் காட்சி விலகல் இமேஜிங், கட்ட நோக்குநிலை மற்றும் ஸ்ட்ரெய்ன் மேப்பிங், கட்ட மாறுபாடு பகுப்பாய்வு ஆகியவற்றில் பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது. 4D STEM என்ற பெயர் இலக்கியத்தில் பொதுவானது, இருப்பினும் இது பிற பெயர்களால் அறியப்படுகிறதுஃ 4D STEM EELS, ND STEM (N-பரிமாணங்களின் எண்ணிக்கை 4 ஐ விட அதிகமாக இருக்கலாம் என்பதால்), நிலை தீர்க்கப்பட்ட விலகல் (PRD), இடஞ்சார்ந்த தீர்க்கப்பட்ட விலகல், வேகம்-தீர்க்கப்பட்ட STEM, "நானோபியம் துல்லிய எலக்ட்ரான் விலகல்", ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நானோ விலகல், நானோபியம் எலக்ட்ரான் விலகல் அல்லது பிக்சலேட்டட் STEM. ஆய்வு நிலையின் செயல்பாடாக விலகல் வடிவங்களின் பகுப்பாய்வு 1995 ஆம் ஆண்டில் கருதப்பட்ட ஆரம்ப நிகழ்வுகளில் ஒன்று, அங்கு பீட்டர் நெல்லிஸ்ட், பி. சி. மெக்கல்லம் மற்றும் ஜான் ரோடன்பர்க் ஆகியோர் படிக சிலிக்கனின் எலக்ட்ரான் பைக்கோகிராஃபி பகுப்பாய்வு செய்ய முயன்றனர். ட்ரெசி மற்றும் கிப்சன் ஆகியோரால் 1996 ஆம் ஆண்டில் முன்மொழியப்பட்ட ஏற்ற இறக்க எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (FEM) நுட்பம், கொடுக்கப்பட்ட மாதிரியில் வெவ்வேறு இடங்களில் எடுக்கப்பட்ட படங்கள் அல்லது விலகல் வடிவங்களில் உள்ள வேறுபாடுகள் பற்றிய அளவு பகுப்பாய்வையும் உள்ளடக்கியது. அந்த நேரத்தில் கிடைத்த கண்டுபிடிப்பாளர்களின் வரையறுக்கப்பட்ட திறன்களின் காரணமாக 4D STEM துறை வளர்ச்சியடையாமல் இருந்தது. டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில் (டிஇஎம்) பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் சிசிடி டிடெக்டர்கள் வரையறுக்கப்பட்ட தரவு கையகப்படுத்தும் விகிதங்களைக் கொண்டிருந்தன, டிடெக்டரில் ஒரு எலக்ட்ரான் அதிக துல்லியத்துடன் எங்கு தாக்குகிறது என்பதை வேறுபடுத்திப் பார்க்க முடியவில்லை, மேலும் குறைந்த டைனமிக் வரம்பைக் கொண்டிருந்தன, இதனால் அவை 4டி எஸ்டிஇஎம்மில் பயன்படுத்த விரும்பத்தகாதவையாக இருந்தன. 2010 களின் பிற்பகுதியில், ஒற்றை எலக்ட்ரான் உணர்திறன், உயர் மாறும் வரம்பு மற்றும் விரைவான ரீட்அவுட் வேகம் கொண்ட கலப்பின பிக்சல் வரிசை கண்டறிதல்களின் (பிஏடி) வளர்ச்சி நடைமுறை 4 டி எஸ்டிஇஎம் சோதனைகளுக்கு அனுமதித்தது. செயல்பாட்டுக் கோட்பாடு 4D STEM இல் தரவு சேகரிப்பு செயல்முறை நிலையான STEM ஐப் போலவே இருந்தாலும், ஒவ்வொரு நுட்பமும் வெவ்வேறு கண்டறிதல்களைப் பயன்படுத்துகிறது மற்றும் வெவ்வேறு தரவுகளை சேகரிக்கிறது. 4D STEM இல் பின்புற மைய விமானத்தில் ஒரு பிக்சலேட்டட் எலக்ட்ரான் டிடெக்டர் உள்ளது, இது ஒவ்வொரு ஸ்கேன் இடத்திலும் சிபிஇடி வடிவத்தை சேகரிக்கிறது. பரஸ்பர இடத்தில் ஒரு பகுதியைத் தேர்ந்தெடுப்பதன் மூலமும், ஒவ்வொரு சிபிஇடி வடிவத்திலும் அந்த பகுதியின் சராசரி தீவிரத்தை வடிவத்திற்கு ஒத்த உண்மையான இட பிக்சலுக்கு ஒதுக்குவதன் மூலமும் மாதிரியின் படத்தை சிபிஇடி வடிவங்களிலிருந்து உருவாக்க முடியும். சிபிஇடி முறை சேகரிப்புடன் ஒரே நேரத்தில் எடுக்கப்பட்ட (என்) ஏடிஎஃப் அல்லது எச்ஏஏடிஎஃப் படம் இருப்பது பொதுவானது. எடுக்கப்பட்ட இருண்ட புலப் படம் கைப்பற்றப்பட்ட சிபிஇடி படங்களிலிருந்து கட்டப்பட்ட பிரகாசமான புலப் படத்திற்கு நிரப்பு ஆகும். நடுவில் ஒரு துளை கொண்ட ஒரு வெற்று டிடெக்டரைப் பயன்படுத்துவது ஸ்கேன் செய்யும் போது கடத்தப்பட்ட எலக்ட்ரான்களை ஒரு EELS டிடெக்டருக்கு அனுப்ப அனுமதிக்கும். இரசாயன நிறமாலை தகவல் மற்றும் கட்டமைப்பு தகவல்களை ஒரே நேரத்தில் சேகரிக்க இது அனுமதிக்கிறது. பாரம்பரிய TEM இல், இமேஜிங் டிடெக்டர்கள் எலக்ட்ரான்களைக் கண்டறிய சார்ஜ் கபுல்ட் சாதனத்துடன் (சிசிடி) இணைக்கப்பட்ட பாஸ்போரேஸன்ட் சிண்டிலேட்டர்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. இந்த சாதனங்கள் நல்ல எலக்ட்ரான் உணர்திறனைக் கொண்டிருந்தாலும், அவை 4D STEM க்குத் தேவையான ரீட்அவுட் வேகம் மற்றும் டைனமிக் வரம்பைக் கொண்டிருக்கவில்லை. கூடுதலாக, சிண்டிலேட்டரின் பயன்பாடு சிண்டிலேட்டருடன் எலக்ட்ரானின் தொடர்பு காரணமாக டிடெக்டரின் பாயிண்ட் ஸ்ப்ரெட் செயல்பாட்டை (பிஎஸ்எஃப்) மோசமாக்கலாம், இதன் விளைவாக சமிக்ஞை விரிவடைகிறது. இதற்கு மாறாக, பாரம்பரிய வருடாந்திர STEM கண்டறிதல்கள் தேவையான வாசிப்பு வேகத்தைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் ஒரு முழு CBED வடிவத்தை சேகரிப்பதற்குப் பதிலாக, கண்டறிதல் ஒரு ஒற்றை தரவு புள்ளியில் பல கோணங்களில் சேகரிக்கப்பட்ட தீவிரத்தை ஒருங்கிணைக்கிறது. 2010 களில் ஒற்றை எலக்ட்ரான் உணர்திறன், வேகமான ரீட்அவுட் வேகம் மற்றும் உயர் மாறும் வரம்பைக் கொண்ட பிக்சலேட்டட் டிடெக்டர்களின் வளர்ச்சி 4D STEM ஐ ஒரு சாத்தியமான சோதனை முறையாக செயல்படுத்தியுள்ளது. 4டி ஸ்டெம் கண்டறிதல்கள் பொதுவாக மோனோலிதிக் ஆக்டிவ் பிக்சல் சென்சார் (எம்ஏபிஎஸ்) அல்லது ஹைப்ரிட் பிக்சல் அரே டிடெக்டராக (பிஏடி) கட்டப்பட்டுள்ளன. மோனோலிதிக் ஆக்டிவ் பிக்சல் சென்சார் (எம்ஏபிஎஸ்) ஒரு எம்ஏபிஎஸ் டிடெக்டரில் ஒரு நிரப்பு உலோக-ஆக்சைடு-செமிகண்டக்டர் (சிஎம்ஓஎஸ்) சிப் உள்ளது, இது ஒரு டோப் செய்யப்பட்ட எபிடாக்ஸியல் மேற்பரப்பு அடுக்குடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது, இது உயர் ஆற்றல் எலக்ட்ரான்களை பல குறைந்த ஆற்றல் எலக்ட்ரான்களாக மாற்றுகிறது, அவை டிடெக்டரில் பயணிக்கின்றன. எம்ஏபிஎஸ் கண்டறிதல்கள் கதிர்வீச்சு கடினப்படுத்தப்பட வேண்டும், ஏனெனில் அவை அதிக ஆற்றல் கொண்ட எலக்ட்ரான்களுக்கு நேரடியாக வெளிப்படுவது கதிர்வீச்சு சேதத்தை ஒரு முக்கிய கவலையாக ஆக்குகிறது. அதன் மோனோலிதிக் தன்மை மற்றும் நேரடியான வடிவமைப்பு காரணமாக, எம்ஏபிஎஸ் டிடெக்டர்கள் 4000 x 4000 வரிசையில் அதிக பிக்சல் அடர்த்திகளை அடைய முடியும். இந்த உயர் பிக்சல் அடர்த்தி குறைந்த எலக்ட்ரான் அளவுகளுடன் இணைக்கப்படும்போது உயர் செயல்திறன் கொண்ட இமேஜிங்கிற்கு ஒற்றை எலக்ட்ரான் எண்ணிக்கையை செயல்படுத்த முடியும். கூடுதலாக, எம்ஏபிஎஸ் கண்டறிதல்கள் எலக்ட்ரான் உயர் உணர்திறன் மற்றும் விரைவான ரீட்அவுட் வேகத்தைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் வரையறுக்கப்பட்ட மாறும் வரம்பால் பாதிக்கப்படுகின்றன. பிக்சல் அரே டிடெக்டர் (பிஏடி) பிஏடி டிடெக்டர்கள் ஒரு ஒருங்கிணைந்த சுற்றுடன் பிணைக்கப்பட்ட ஒரு ஃபோட்டோடயோட் பம்பைக் கொண்டுள்ளன, அங்கு ஒவ்வொரு சாலிடர் பம்பும் டிடெக்டரில் ஒரு பிக்சலைக் குறிக்கிறது. இந்த கண்டறிதல்கள் பொதுவாக 128 x 128 வரிசையில் குறைந்த பிக்சல் அடர்த்திகளைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் 32 பிட்களின் வரிசையில் மிக உயர்ந்த மாறும் வரம்பை அடைய முடியும். இந்த டிடெக்டர்கள் 1 எம்எஸ்/பிக்சல் வரிசையில் ஒப்பீட்டளவில் அதிக ரீட்அவுட் வேகத்தை அடைய முடியும், ஆனால் STEM இல் உள்ள அவற்றின் வருடாந்திர டிடெக்டர் சகாக்களுடன் ஒப்பிடும்போது இன்னும் குறைவாகவே உள்ளன, அவை 10 மைக்ரோ/பிக்சல் வரிசையில் ரீட்அவுட் வேகத்தை அடைய முடியும். டிடெக்டர் இரைச்சல் செயல்திறன் பெரும்பாலும் அதன் துப்பறியும் குவாண்டம் செயல்திறன் (DQE) மூலம் அளவிடப்படுகிறது, இது பின்வருமாறு வரையறுக்கப்படுகிறதுஃ வெளியீட்டு சமிக்ஞை மற்றும் இரைச்சல் விகிதம் வர்க்கம் மற்றும் உள்ளீட்டு சமிக்ஞை மற்றும் இரைச்சல் விகிதம் வர்க்கம். வெறுமனே ஒரு சென்சாரின் DQE 1 என்பது சென்சார் பூஜ்ஜிய சத்தத்தை உருவாக்குகிறது என்பதைக் குறிக்கிறது. எம்ஏபிஎஸ், ஏபிஎஸ் மற்றும் பிற நேரடி எலக்ட்ரான் டிடெக்டர்களின் டிக்யூஇ அவற்றின் சிசிடி கேமரா சகாக்களை விட அதிகமாக இருக்கும். கணக்கீட்டு முறைகள் 4டி எஸ்டிஇஎம்மில் ஒரு முக்கிய சிக்கல் என்னவென்றால், நுட்பத்தால் சேகரிக்கப்பட்ட அதிக அளவு தரவு ஆகும். ஒரு மணி நேர ஸ்கேனிங்கின் போது தயாரிக்கப்பட்ட 100 க்கும் மேற்பட்ட காசநோய் தரவுகளுடன், பொருத்தமான தகவல்களைக் கண்டுபிடிப்பது சவாலானது மற்றும் மேம்பட்ட கணக்கீடு தேவைப்படுகிறது. இத்தகைய பெரிய தரவுத்தொகுப்புகளின் பகுப்பாய்வு மிகவும் சிக்கலானது மற்றும் இந்தத் தரவைச் செயலாக்குவதற்கான கணக்கீட்டு முறைகள் உருவாக்கப்பட்டு வருகின்றன. 4டி எஸ்டிஇஎம் பகுப்பாய்வுக்கான பல குறியீடு களஞ்சியங்கள் தற்போது வளர்ச்சியில் உள்ளன, அவற்றுள் பின்வருவன அடங்கும்ஃ ஹைப்பர்ஸ்பை, லிபர்டிஇஎம், பைக்ரோஸ்கோபி மற்றும். இந்த பெரிய தரவுத் தொகுப்புகள் செயற்கை நுண்ணறிவு (AI) மற்றும் இயந்திர கற்றல் (எம்எல்) வழிமுறைகளை TEM சோதனைகளில் செயல்படுத்த உதவும், அங்கு நுண்ணோக்கிகளால் பொதுவாக கருதப்படாத வடிவங்களை AI ஆல் வெளிப்படுத்த முடியும். உடல் ரீதியாக அர்த்தமுள்ள கட்டமைப்புகளில் அடித்தளமாக இருக்கும்போது, பெரிய STEM தரவுத்தொகுப்புகளில் அம்சங்களைக் கண்டுபிடிப்பதில் AI மற்றும் ML அதிக செயல்திறனுக்கு வழிவகுக்கும். அம்ச அடையாளத்திற்கு அப்பால், செயற்கை நுண்ணறிவு மற்றும் எம்எல் ஆகியவை அதன் பயனுள்ள முன்கணிப்பு செலவு பகுப்பாய்வு காரணமாக சோதனை வடிவமைப்பைத் தெரிவிக்க உதவும். இருப்பினும், இந்த வகையான AI உந்துதல் பகுப்பாய்விற்கு, தற்போது இல்லாத தகவல்களின் தரவுத்தளங்கள் தேவைப்படுகின்றன. கூடுதலாக, தரவு தரத்திற்கான அளவீடுகளின் பற்றாக்குறை, வெவ்வேறு உற்பத்தியாளர்களிடையே மோசமான குறுக்கு-தள ஆதரவு காரணமாக வரையறுக்கப்பட்ட அளவிடுதல் மற்றும் பகுப்பாய்வு மற்றும் சோதனை முறைகளில் தரப்படுத்தல் இல்லாதது ஆகியவை வெவ்வேறு தரவுத்தொகுப்புகளில் ஒப்பீடு மற்றும் இனப்பெருக்கம் பற்றிய கேள்விகளை எழுப்புகின்றன. தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட பயன்பாடுகள் 4D STEM பரந்த அளவிலான பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளது, மிகவும் பொதுவான பயன்பாடுகளில் மெய்நிகர் விவரக்குறிப்பு இமேஜிங், நோக்குநிலை மற்றும் ஸ்ட்ரெய்ன் மேப்பிங் மற்றும் கட்ட மாறுபாடு பகுப்பாய்வு ஆகியவை அடங்கும். நடுத்தர அளவிலான வரிசை அளவீடு, உயர் வரிசை லாவ் மண்டலம் (HOLZ) சேனலிங் கான்ட்ராஸ்ட் இமேஜிங், நிலை சராசரி சிபிஇடி, ஏற்ற இறக்க எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி, பயோ மெட்டீரியல்கள் தன்மை மற்றும் மருத்துவத் துறைகள் (மருந்து பொருட்களின் நுண் அமைப்பு மற்றும் பெப்டைட் படிகங்களின் நோக்குநிலை வரைபடம்) ஆகியவற்றில் இந்த நுட்பம் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளது. இந்த பட்டியல் எந்த வகையிலும் முழுமையானது அல்ல, மேலும் புலம் இன்னும் ஒப்பீட்டளவில் இளமையாக இருப்பதால் மேலும் பயன்பாடுகள் தீவிரமாக உருவாக்கப்படுகின்றன. மெய்நிகர் விலகல் இமேஜிங் மெய்நிகர் விலகல் இமேஜிங் என்பது விலகல் வடிவங்களிலிருந்து உண்மையான விண்வெளி படங்களை உருவாக்க உருவாக்கப்பட்ட ஒரு முறையாகும். இந்த நுட்பம் 90 களில் இருந்து பொருள் கட்டமைப்புகளை வகைப்படுத்துவதில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, ஆனால் மிக சமீபத்தில் 4D STEM பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த நுட்பம் பெரும்பாலும் ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நானோ விவரக்குறிப்பு (சென்ட்) என்று குறிப்பிடப்படுகிறது, இதில் 4 ஜோடி காந்த சுருள்கள் ஒன்றிணைந்த ஆய்வகத்தை சாய்க்கவும், மேற்பரப்பு முழுவதும் கற்றை அடுக்கவும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. ஒரு "மெய்நிகர் கண்டறிதல்" என்பது ஒரு கண்டறிதல் அல்ல, மாறாக தரவு செயலாக்கத்தின் ஒரு முறையாகும், இது ஒவ்வொரு ராஸ்டர் நிலையிலும் விலகல் வடிவங்களில் பிக்சல்களின் துணைக்குழுவை ஒருங்கிணைத்து பிரகாசமான-புலம் மற்றும் இருண்ட-புலம் படங்களை உருவாக்குகிறது. இந்த படங்களின் செயலாக்கம் முதலில் அனைத்து ஸ்கேன்களிலும் விலகல் வடிவங்களை சராசரியாகச் செய்வதன் மூலம் செய்யப்படுகிறது. பின்னர் ஆர்வமுள்ள ஒரு பகுதி விவரக்குறிப்பு வடிவத்தில் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது, குறைக்கப்பட்ட தரவுத்தொகுப்பில் ஒரு மெய்நிகர் துளை வரையப்படுகிறது, மேலும் படம் கணக்கீட்டு முறைகளைப் பயன்படுத்தி கட்டமைக்கப்படுகிறது. இந்த மெய்நிகர் துளை விரும்பிய அளவு/வடிவமாக இருக்கலாம் மற்றும் ஒற்றை ஸ்கேன் இருந்து சேகரிக்கப்பட்ட 4D தரவுத்தொகுப்பு பயன்படுத்தி உருவாக்க முடியும். வெவ்வேறு துளைகளை உருவகப்படுத்தும் இந்த திறன் 4D STEM முறைகளால் இயக்கப்படுகிறது மற்றும் வழக்கமான STEM செயல்பாட்டில் ஒரு பொதுவான பலவீனங்களை நீக்குகிறது, ஏனெனில் STEM பிரைட்-ஃபீல்ட் மற்றும் டார்க்-ஃபீல்ட் டிடெக்டர்கள் நிலையான கோணங்களில் வைக்கப்படுகின்றன, மேலும் இமேஜிங்கின் போது மாற்ற முடியாது. 4டி தரவுத்தொகுப்பின் மூலம் பிரகாசமான/இருண்ட புலப் படங்களை முறையே விலக்கப்பட்ட மற்றும் பரவும் கற்றைகளிலிருந்து விலகல் தீவிரங்களை ஒருங்கிணைப்பதன் மூலம் பெறலாம். இந்த வடிவங்களிலிருந்து படங்களை உருவாக்குவது நானோமீட்டர் தெளிவுத்திறனைக் கொடுக்கும் மற்றும் பொதுவாக நானோ பொருட்களின் கட்டமைப்பை வகைப்படுத்த பயன்படுகிறது. இந்த விலகல் வடிவங்களை குறியிடலாம் மற்றும் நோக்குநிலை மற்றும் கட்ட வரைபடத்திற்காக பகுப்பாய்வு செய்யலாம், அங்கு உண்மையான விண்வெளி படங்களை ஸ்கேன்களிலிருந்து உருவாக்க முடியும். 4D STEM இல் மெய்நிகர் இமேஜிங் செய்வதன் நன்மைகள் பின்வருமாறுஃ வழக்கமான எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில் சாத்தியமில்லாத டிடெக்டர் வடிவவியல்களை இயக்குவது, டிடெக்டரைத் தாக்கும் எந்த கோணத்திலும் சிதறிய எலக்ட்ரான்களை குறிப்பிட்ட பயன்பாட்டிற்கு அனுமதிப்பது, படங்களில் சத்தத்திற்கு சமிக்ஞையை மேம்படுத்துவது மற்றும் மாதிரி வளைத்தல்/மாறும் சிதறல் நிகழ்வுகளுக்கு எதிர்ப்பு. இடைமுகங்களை வரைபடமாக்குவதற்கும், மேம்பட்ட இருண்ட புலப் படங்களை உருவாக்க விவரக்குறிப்பு தளத்தின் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட பகுதிகளிலிருந்து தீவிரத்தைத் தேர்ந்தெடுப்பதற்கும், நானோ அளவிலான வீழ்படிவங்களின் நிலைகளை வரைபடமாக்குவதற்கும், பீம் உணர்திறன் கொண்ட பேட்டரி கேத்தோடு பொருட்களின் கட்ட வரைபடங்களை உருவாக்குவதற்கும், உலோக-கரிம கட்டமைப்புகளில் (எம்ஓஎஃப்) படிகத்தன்மையின் அளவை அளவிடுவதற்கும் 4டி எஸ்டிஇஎம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. கட்ட நோக்குநிலை வரைபடம் கட்ட நோக்குநிலை வரைபடம் பொதுவாக SEM இல் எலக்ட்ரான் பின்புறம் சிதறிய விலகல் மூலம் செய்யப்படுகிறது, இது பாலிக்ரிஸ்டலின் பொருட்களில் தானிய நோக்குநிலையின் 2D வரைபடங்களைக் கொடுக்க முடியும். கிகுச்சி கோடுகளைப் பயன்படுத்தி TEM இல் இந்த நுட்பத்தை செய்ய முடியும், இது தடிமனான மாதிரிகளுக்கு மிகவும் பொருந்தும், ஏனெனில் கிகுச்சி கோடுகள் உருவாக்கம் பரவலான சிதறல் இருப்பதை நம்பியுள்ளது. மாற்றாக, TEM இல் ஒருவர் அதிக எண்ணிக்கையிலான விலகல் வடிவங்களைப் பதிவு செய்ய முன்கூட்டிய எலக்ட்ரான் விலகல் (PED) ஐப் பயன்படுத்தலாம் மற்றும் அறியப்பட்ட வடிவங்களுடன் ஒப்பிடுவதன் மூலம், தானியங்களின் ஒப்பீட்டு நோக்குநிலையை தீர்மானிக்க முடியும். பிராக் ஸ்பாட் இமேஜிங் எனப்படும் நுட்பத்தில், 4D STEM ஐ நோக்குநிலைகளை வரைபடமாக்கவும் பயன்படுத்தலாம். பாரம்பரிய TEM நுட்பங்களின் பயன்பாடு பொதுவாக 4D STEM அணுகுமுறையை விட சிறந்த தெளிவுத்திறனை விளைவிக்கிறது, ஆனால் DP கள் மிகவும் சிதைக்கப்படுவதால் அதிக திரிபு உள்ள பகுதிகளில் தோல்வியடையக்கூடும். பிராக் ஸ்பாட் இமேஜிங்கில், முதல் தொடர்பு பகுப்பாய்வு முறை 0 (தொடர்பு இல்லை) மற்றும் 1 (சரியான பொருத்தம்) இடையே ஒரு தொடர்பு முறையைப் பயன்படுத்தி குழு விவரக்குறிப்பு வடிவங்களுக்கு (டிபி) செய்யப்படுகிறது; பின்னர் டிபி ஒரு தொடர்பு வரம்பைப் பயன்படுத்தி அவற்றின் தொடர்பால் தொகுக்கப்படுகிறது. பின்னர் ஒவ்வொரு குழுவிலிருந்தும் ஒரு தொடர்புப் படத்தைப் பெறலாம். ஒவ்வொரு குழுவிலிருந்தும் ஒட்டுமொத்த பிரதிநிதி விலகல் வார்ப்புருவைப் பெற இவை சுருக்கமாகவும் சராசரியாகவும் உள்ளன. வெவ்வேறு நோக்குநிலைகளுக்கு வண்ணங்கள் ஒதுக்கப்படலாம், இது தனிப்பட்ட தானிய நோக்குநிலைகளை காட்சிப்படுத்த உதவுகிறது. சரியான சாய்வு மற்றும் முன்கூட்டிய எலக்ட்ரான் விலகல் (PED) ஐப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், தானிய நோக்குநிலை மற்றும் விநியோகத்தின் 3D டோமோகிராஃபிக் விளக்கங்களை கூட செய்ய முடியும். இந்த நுட்பம் கணக்கீட்டு ரீதியாக தீவிரமானது என்பதால், விவரக்குறிப்பு வடிவங்களின் பகுப்பாய்விற்கான இயந்திர கற்றல் அணுகுமுறையில் சமீபத்திய முயற்சிகள் கவனம் செலுத்தப்பட்டுள்ளன. ஸ்ட்ரெய்ன் மேப்பிங் TEM உள்ளூர் திரிபுகளை அளவிட முடியும் மற்றும் பெரும்பாலும் அமுக்கப்பட்ட கற்றை எலக்ட்ரான் விலகல் CBED ஐப் பயன்படுத்தி மாதிரிகளில் திரிபுகளை வரைபடமாக்க பயன்படுகிறது. இந்த நுட்பத்தின் அடிப்படை மாதிரியின் விலகல் வடிவத்தின் கட்டுப்பாடற்ற பகுதியை ஒரு அழுத்தப்பட்ட பகுதியுடன் ஒப்பிட்டுப் பார்ப்பது ஆகும், இது லட்டிஸ் அளவுருவில் ஏற்படும் மாற்றங்களைக் காணும். STEM மூலம், ஒரு மாதிரியின் ஒரு பகுதியிலிருந்து வேறுபட்ட வட்டு நிலைகள் இடஞ்சார்ந்த திரிபு தகவல்களை வழங்க முடியும். 4D STEM தரவுத்தொகுப்புகளுடன் இந்த நுட்பத்தின் பயன்பாடு நியாயமான ஈடுபாடு கொண்ட கணக்கீடுகளை உள்ளடக்கியது. முன்பு விவாதிக்கப்பட்டபடி, செண்டைப் பயன்படுத்தி, பிரகாசமான மற்றும் இருண்ட புலப் படங்களை முறையே நேரடி மற்றும் வேறுபட்ட கற்றைகளை ஒருங்கிணைப்பதன் மூலம் விலகல் வடிவங்களிலிருந்து பெறலாம். 4D STEM செயல்பாட்டின் போது, ஏ. டி. எஃப் டிடெக்டரைப் பயன்படுத்தி ஒரு குறிப்பிட்ட ஆர்வமுள்ள பகுதியை சிதறிய எலக்ட்ரான்களின் தொகுப்பின் மூலம் பெரிய கோணங்களுக்குக் காட்சிப்படுத்தலாம், இது அளவீடுகளின் போது விவரக்குறிப்புடன் ஆய்வு இருப்பிடத்தை தொடர்புபடுத்துகிறது. தெளிவுத்திறன் மற்றும் திரிபு தகவல்களுக்கு இடையே ஒரு பரிமாற்றம் உள்ளது; ஏனெனில் பெரிய ஆய்வுகள் ஒரு பெரிய அளவில் திரிபு அளவீடுகளை சராசரியாக செய்ய முடியும், ஆனால் சிறிய ஆய்வு அளவுகளுக்கு நகர்வது அதிக உண்மையான இடத் தெளிவுத்திறனை அளிக்கிறது. பார்வைத் துறையை அதிகரிக்க தீர்மான வரம்பைத் தவிர இடைவெளி ஆய்வுகள் போன்ற இந்த சிக்கலை எதிர்த்துப் போராடுவதற்கான வழிகள் உள்ளன. இந்த திரிபு வரைபட நுட்பம் பல படிகப் பொருட்களில் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளது மற்றும் அரை படிக மற்றும் உருவமற்ற பொருட்களுக்கு (உலோகக் கண்ணாடிகள் போன்றவை) நீட்டிக்கப்பட்டுள்ளது, ஏனெனில் அவை உயர் திரிபு கட்ட மாறுபாடு பகுப்பாய்வு வேறுபட்ட கட்ட மாறுபாட்டின் பகுதிகளில் சராசரி அணு இடைவெளியில் இருந்து விலகல்களை வெளிப்படுத்துகின்றன வேறுபட்ட கட்ட மாறுபாடு இமேஜிங் நுட்பம் (டி. பி. சி) ஒவ்வொரு ஸ்கேன் புள்ளியிலும் புலத்தால் ஏற்படும் எலக்ட்ரான் கற்றை விலகல் அளவிடுவதன் மூலம் மாதிரிகளில் உள்ள உள்ளூர் மின்காந்த புலத்தை வரைபடமாக்க STEM இல் பயன்படுத்தப்படலாம். பாரம்பரியமாக பீமின் இயக்கம் பீமைச் சுற்றியுள்ள பிரிக்கப்பட்ட வருடாந்திர புலம் கண்டறிதல்களைப் பயன்படுத்தி கண்காணிக்கப்பட்டது. பிரிக்கப்பட்ட கண்டுபிடிப்பாளர்களைக் கொண்ட டி. பி. சி அணுத் தெளிவுத்திறன் வரை உள்ளது. சிபிஇடி வடிவங்களின் "வெகுஜன மையத்தின்" இயக்கத்தைக் கண்காணிக்க 4டி எஸ்டிஇஎம் மற்றும் ஒரு கணினியில் பிக்சலேட்டட் டிடெக்டரின் பயன்பாடு பிரிக்கப்பட்ட டிடெக்டர்களைப் பயன்படுத்துவதை ஒப்பிடக்கூடிய முடிவுகளை வழங்குவதாகக் கண்டறியப்பட்டது. 4D STEM அனைத்து திசைகளிலும் கட்ட மாற்ற அளவீடுகளை அளவிட அனுமதிக்கிறது, இது மாதிரி நோக்குநிலையுடன் சீரமைக்க பிரிக்கப்பட்ட கண்டறிதலை சுழற்ற வேண்டிய அவசியமில்லை. உள்ளூர் மின்சார புலத்திற்கு இணையாக உள்ளூர் துருவமுனைப்பை அளவிடும் திறனும் 4D STEM மூலம் நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. 4டி எஸ்டிஇஎம் கொண்ட டி. பி. சி இமேஜிங் என்பது டி. பி. சி. யை விட 2 வரிசைகள் வரை மெதுவானது மற்றும் பெரிய நான்கு பரிமாண தரவுத்தொகுப்புகளின் மேம்பட்ட பகுப்பாய்வு தேவைப்படுகிறது. 4டி ஸ்டெம் தரவுத்தொகுப்பில் உள்ள ஒன்றுடன் ஒன்று இருக்கும் சிபிஇடி அளவீடுகள் சிக்கலான எலக்ட்ரான் ஆய்வு மற்றும் சிக்கலான மாதிரி ஆற்றலை பைக்கோகிராஃபி நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி உருவாக்க அனுமதிக்கின்றன. 4டி எஸ்டிஇஎம் தரவுகளுடன் கூடிய பைட்டோகிராஃபிக் மறுசீரமைப்புகள் ஏ. டி. எஃப், பி. எஃப், ஏபிஎஃப் மற்றும் எஸ்டிஇஎம்மில் பிரிக்கப்பட்ட டி. பி. சி இமேஜிங் ஆகியவற்றை விட அதிக மாறுபாட்டை வழங்குவதாகக் காட்டப்பட்டன. 4D STEM இன் கீழ் இந்த நுட்பத்தின் உயர் சமிக்ஞை-க்கு-சத்தம் விகிதம் உயிரியல் மாதிரிகள் போன்ற கதிர்வீச்சு உணர்திறன் மாதிரிகளைப் படம்பிடிக்க கவர்ச்சிகரமானதாக ஆக்குகிறது சிதறடிக்கப்படாத எலக்ட்ரான் கற்றை ஒரு ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டருக்குச் செல்ல அனுமதிக்க நடுவில் ஒரு துளை கொண்ட பிக்சலேட்டட் டிடெக்டரைப் பயன்படுத்துவது 4D STEM இல் வேதியியல் பகுப்பாய்வுடன் இணைந்து பைட்டோகிராஃபிக் பகுப்பாய்வை அனுமதிப்பதாகக் காட்டப்பட்டுள்ளது. மிடி ஸ்டெம் இந்த நுட்பம் மிடி-ஸ்டெம் (பொருந்திய வெளிச்சம் மற்றும் டிடெக்டர் இன்டர்ஃபெரோமெட்ரி-ஸ்டெம்), குறைவான பொதுவானதாக இருந்தாலும், அதிக மாறுபட்ட கட்ட படங்களை உருவாக்க பைட்டோகிராஃபியுடன் பயன்படுத்தப்படுகிறது. புரோப் உருவாக்கும் துளையில் 0 மற்றும் π/2 கட்ட மாற்ற மண்டலங்களுடன் ஒரு கட்டத் தகட்டை வைப்பது இதன் விளைவாக சிபிஇடி வடிவத்தில் தொடர்ச்சியான செறிவு வளையங்களை உருவாக்குகிறது. 0 மற்றும் π/2 பகுதிகளுக்கு இடையிலான எண்ணிக்கையில் உள்ள வேறுபாடு உள்ளூர் மாதிரி கட்டத்தை நேரடியாக அளவிட அனுமதிக்கிறது. வெவ்வேறு பிராந்தியங்களில் உள்ள எண்ணிக்கையை சிக்கலான நிலையான கண்டறிதல் வடிவவியல்கள் அல்லது 4D STEM இல் பிக்சலேட்டட் டிடெக்டரின் பயன்பாடு மூலம் அளவிட முடியும். பிக்சலேட்டட் டிடெக்டர்கள் இந்த நுட்பத்தை அணுத் தெளிவுத்திறனுடன் பயன்படுத்துவதாகக் காட்டப்பட்டுள்ளது. (மிடி)-டி. பி. சி அல்லது பைட்டோகிராஃபியை விட குறைவான உயர்-பாஸ் வடிகட்டுதலுடன் பட மாறுபட்ட தகவல்களை ஸ்டெம் உருவாக்குகிறது, ஆனால் அந்த நுட்பங்களை விட அதிக இடஞ்சார்ந்த அதிர்வெண்களில் குறைவான செயல்திறன் கொண்டது. (மிடி)-பைக்கோகிராஃபியுடன் இணைந்து பயன்படுத்தப்படும் ஸ்டெம் தனித்தனியாக இரண்டு நுட்பங்களையும் விட மாறுபட்ட தகவல்களை வழங்குவதில் மிகவும் திறமையானதாக நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. எலக்ட்ரான் கற்றை தூண்டப்பட்ட படிவு பரிமாற்ற எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (TEM) ஸ்கேனிங் டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (STEM) ஆற்றல் வடிகட்டப்பட்ட பரிமாற்ற எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (EFTEM) உயர் தெளிவுத்திறன் பரிமாற்ற எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (HRTEM) ஸ்கேனிங் கான்ஃபோகல் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (SCEM) ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (SEM) பரிமாற்ற எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிக்கான கண்டுபிடிப்பான்கள் குறிப்புகள் எலக்ட்ரான் கற்றை எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி நுட்பங்கள்