4D scanning transmission electron microscopy
4 ڈی اسکیننگ ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی (4 ڈی ایس ٹی ای ایم) اسکیننگ ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی (ایس ٹی ای ایم) کا ایک ذیلی سیٹ ہے جو ہر اسکین کے مقام پر کنورجنٹ بیم الیکٹران ڈفریکشن (سی بی ای ڈی) پیٹرن کو پکڑنے کے لیے پکسلٹیڈ الیکٹران ڈٹیکٹر کا استعمال کرتا ہے۔ یہ تکنیک حقیقی خلا میں 2 جہتی خطے میں بیم رسٹرز کے طور پر ہر اسکین پوائنٹ سے وابستہ 2 جہتی باہمی خلائی تصویر پر قبضہ کرتی ہے، اس لیے اس کا نام 4 ڈی ایس ٹی ای ایم ہے۔ اس کی ترقی کو ایس ٹی ای ایم ڈٹیکٹرز میں ارتقاء اور کمپیوٹیشنل طاقت میں بہتری کے ذریعے فعال کیا گیا تھا۔ اس تکنیک کا استعمال بصری ڈفریکشن امیجنگ، فیز اورینٹیشن اور اسٹرین میپنگ، فیز کانٹرسٹ تجزیہ وغیرہ میں ہوتا ہے۔ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم کا نام ادب میں عام ہے، تاہم اسے دوسرے ناموں سے جانا جاتا ہے: 4 ڈی ایس ٹی ای ایم ای ای ایل ایس، این ڈی ایس ٹی ای ایم (این-چونکہ طول و عرض کی تعداد 4 سے زیادہ ہو سکتی ہے)، پوزیشن ریزولوڈ ڈفریکشن (پی آر ڈی)، اسپیشیئل ریزولوڈ ڈفریکٹومیٹری، مومنٹم ریزولوڈ ایس ٹی ای ایم، نینوبیم پریسیشن الیکٹران ڈفریکشن، اسکیننگ الیکٹران نینو ڈفریکشن، نینوبیم الیکٹران ڈفریکشن، یا پکسیلیٹڈ ایس ٹی ای ایم۔ تاریخ ابتدائی مثالوں میں سے ایک جہاں پروب پوزیشن کے فنکشن کے طور پر ڈفریکشن پیٹرن کا تجزیہ 1995 میں کیا گیا تھا، جہاں پیٹر نیلسٹ، بی سی۔ میک کولم اور جان روڈن برگ نے کرسٹل سلکان کے الیکٹران ٹائکوگرافی تجزیہ کی کوشش کی۔ ٹریسی اور گبسن کی طرف سے 1996 میں تجویز کردہ اتار چڑھاؤ الیکٹران مائکروسکوپی (ایف ای ایم) تکنیک میں، کسی دیئے گئے نمونے پر مختلف مقامات پر لی گئی تصاویر یا تفریق کے نمونوں میں فرق کا مقداری تجزیہ بھی شامل تھا۔ اس وقت دستیاب ڈٹیکٹرز کی محدود صلاحیتوں کی وجہ سے 4 ڈی ایس ٹی ای ایم کا میدان غیر ترقی یافتہ رہا۔ ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی (ٹی ای ایم) میں عام طور پر استعمال ہونے والے سی سی ڈی ڈٹیکٹرز میں ڈیٹا کے حصول کی شرح محدود تھی، یہ فرق نہیں کر سکتے تھے کہ ڈٹیکٹر پر الیکٹران اعلی درستگی کے ساتھ کہاں حملہ کرتا ہے، اور اس کی متحرک رینج کم تھی جس کی وجہ سے وہ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم میں استعمال کے لیے ناپسندیدہ تھے۔ 2010 کی دہائی کے آخر میں، سنگل الیکٹران حساسیت، ہائی ڈائنامک رینج، اور تیز ریڈ آؤٹ سپیڈ کے ساتھ ہائبرڈ پکسل ایرے ڈیٹیکٹرز (پی اے ڈی) کی ترقی نے عملی 4 ڈی ایس ٹی ای ایم تجربات کی اجازت دی۔ آپریٹنگ اصول اگرچہ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم میں ڈیٹا اکٹھا کرنے کا عمل معیاری ایس ٹی ای ایم سے ملتا جلتا ہے، ہر تکنیک مختلف ڈٹیکٹرز کا استعمال کرتی ہے اور مختلف ڈیٹا اکٹھا کرتی ہے۔ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم میں بیک فوکل پلین پر واقع ایک پکسلٹیڈ الیکٹران ڈیٹیکٹر ہوتا ہے جو ہر اسکین کے مقام پر سی بی ای ڈی پیٹرن جمع کرتا ہے۔ نمونے کی تصویر سی بی ای ڈی نمونوں سے باہمی جگہ میں ایک علاقے کا انتخاب کرکے اور ہر سی بی ای ڈی پیٹرن میں اس علاقے کی اوسط شدت کو حقیقی جگہ پکسل کو تفویض کرکے بنائی جا سکتی ہے جس سے نمونہ مطابقت رکھتا ہے۔ سی بی ای ڈی پیٹرن کلیکشن کے ساتھ بیک وقت لی گئی (این) اے ڈی ایف یا ایچ اے اے ڈی ایف تصویر کا ہونا بھی عام بات ہے۔ لی گئی تاریک میدان کی تصویر پکڑی گئی سی بی ای ڈی تصاویر سے بنائی گئی روشن میدان کی تصویر کی تکمیل ہے۔ بیچ میں سوراخ والے کھوکھلی ڈٹیکٹر کا استعمال اسکیننگ کے دوران منتقل شدہ الیکٹرانوں کو ای ای ایل ایس ڈٹیکٹر میں منتقل کرنے کی اجازت دے سکتا ہے۔ یہ کیمیائی سپیکٹرم کی معلومات اور ساخت کی معلومات کو بیک وقت جمع کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ ڈیٹیکٹر روایتی ٹی ای ایم میں، امیجنگ ڈیٹیکٹر الیکٹرانوں کا پتہ لگانے کے لیے چارج کپلڈ ڈیوائس (سی سی ڈی) کے ساتھ جوڑے ہوئے فاسفورسنٹ سنٹیلیٹرز کا استعمال کرتے ہیں۔ اگرچہ ان آلات میں الیکٹران کی اچھی حساسیت ہوتی ہے، لیکن ان میں 4 ڈی ایس ٹی ای ایم کے لیے ضروری پڑھنے کی رفتار اور متحرک رینج کی کمی ہوتی ہے۔ مزید برآں، سنٹیلیٹر کا استعمال سنٹیلیٹر کے ساتھ الیکٹران کے تعامل کی وجہ سے ڈٹیکٹر کے پوائنٹ اسپریڈ فنکشن (پی ایس ایف) کو خراب کر سکتا ہے جس کے نتیجے میں سگنل وسیع ہو جاتا ہے۔ اس کے برعکس، روایتی اینولر ایس ٹی ای ایم ڈٹیکٹرز میں پڑھنے کی ضروری رفتار ہوتی ہے، لیکن مکمل سی بی ای ڈی پیٹرن جمع کرنے کے بجائے ڈٹیکٹر جمع کردہ شدت کو زاویوں کی ایک رینج پر ایک ڈیٹا پوائنٹ میں ضم کرتا ہے۔ 2010 کی دہائی میں سنگل الیکٹران حساسیت، تیز ریڈ آؤٹ سپیڈ، اور ہائی ڈائنامک رینج کے ساتھ پکسلٹیڈ ڈٹیکٹرز کی ترقی نے 4 ڈی ایس ٹی ای ایم کو ایک قابل عمل تجرباتی طریقہ کے طور پر فعال کیا ہے۔ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم ڈٹیکٹر عام طور پر یا تو یک سنگی فعال پکسل سینسر (ایم اے پی ایس) یا ہائبرڈ پکسل ایرے ڈٹیکٹر (پی اے ڈی) کے طور پر بنائے جاتے ہیں۔ یک سنگی فعال پکسل سینسر (ایم اے پی ایس) ایک ایم اے پی ایس ڈٹیکٹر ایک تکمیلی میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر (سی ایم او ایس) چپ پر مشتمل ہوتا ہے جسے ڈوپڈ ایپیٹیکسیل سطح کی پرت کے ساتھ جوڑا جاتا ہے جو اعلی توانائی والے الیکٹرانوں کو بہت سے کم توانائی والے الیکٹرانوں میں تبدیل کرتا ہے جو ڈٹیکٹر تک سفر کرتے ہیں۔ ایم اے پی ایس ڈٹیکٹرز کو تابکاری سے سخت ہونا چاہیے کیونکہ اعلی توانائی والے الیکٹرانوں سے ان کی براہ راست نمائش تابکاری کے نقصان کو ایک اہم تشویش بناتی ہے۔ اس کی یک سنگی نوعیت اور سیدھے سیدھے ڈیزائن کی وجہ سے، ایم اے پی ایس ڈٹیکٹر 4000 x 4000 کی ترتیب پر اعلی پکسل کثافت حاصل کر سکتے ہیں۔ یہ اعلی پکسل کثافت جب کم الیکٹران خوراکوں کے ساتھ جوڑی جاتی ہے تو اعلی کارکردگی والی امیجنگ کے لیے واحد الیکٹران کی گنتی کو قابل بناتی ہے۔ مزید برآں، ایم اے پی ایس ڈٹیکٹرز میں الیکٹران کی اعلی حساسیت اور تیزی سے پڑھنے کی رفتار ہوتی ہے، لیکن وہ محدود متحرک رینج کا شکار ہوتے ہیں۔ پکسل ایرے ڈٹیکٹر (پی اے ڈی) پی اے ڈی ڈٹیکٹر ایک مربوط سرکٹ سے منسلک فوٹوڈیوڈ بم پر مشتمل ہوتے ہیں، جہاں ہر سولڈر بم ڈٹیکٹر پر ایک پکسل کی نمائندگی کرتا ہے۔ ان ڈٹیکٹرز میں عام طور پر 128 x 128 کی ترتیب پر پکسل کی کثافت کم ہوتی ہے لیکن 32 بٹس کی ترتیب پر بہت زیادہ متحرک رینج حاصل کر سکتے ہیں۔ یہ ڈٹیکٹر 1 ایم ایس/پکسل کی ترتیب پر نسبتا زیادہ ریڈ آؤٹ کی رفتار حاصل کر سکتے ہیں لیکن ایس ٹی ای ایم میں ان کے اینولر ڈٹیکٹر ہم منصبوں کے مقابلے میں اب بھی کمی ہے جو 10 ایم کیو ایس/پکسل کی ترتیب پر ریڈ آؤٹ کی رفتار حاصل کر سکتے ہیں۔ ڈٹیکٹر شور کی کارکردگی کو اکثر اس کی جاسوس کوانٹم کارکردگی (ڈی کیو ای) سے ماپا جاتا ہے جس کی تعریف اس طرح کی جاتی ہے: آؤٹ پٹ سگنل سے شور کا تناسب کہاں ہے اور ان پٹ سگنل سے شور کا تناسب کہاں ہے۔ مثالی طور پر سینسر کا ڈی کیو ای 1 ہے جو اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ سینسر صفر شور پیدا کرتا ہے۔ ایم اے پی ایس، اے پی ایس اور دیگر براہ راست الیکٹران ڈٹیکٹرز کا ڈی کیو ای ان کے سی سی ڈی کیمرے کے ہم منصبوں سے زیادہ ہوتا ہے۔ کمپیوٹیشنل طریقے 4 ڈی ایس ٹی ای ایم میں ایک بڑا مسئلہ تکنیک کے ذریعے جمع کردہ ڈیٹا کی بڑی مقدار ہے۔ اسکیننگ کے ایک گھنٹے کے دوران پیدا ہونے والے 100 سے زیادہ ٹی بی ڈیٹا کے ساتھ، متعلقہ معلومات تلاش کرنا مشکل ہے اور اس کے لیے اعلی درجے کی گنتی کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس طرح کے بڑے ڈیٹا سیٹوں کا تجزیہ کافی پیچیدہ ہو سکتا ہے اور اس ڈیٹا کو پروسیس کرنے کے لیے کمپیوٹیشنل طریقے تیار کیے جا رہے ہیں۔ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم کے تجزیے کے لیے بہت سے کوڈ ریپوزیٹریز اس وقت ترقی میں ہیں جن میں شامل ہیں: ہائپر اسپائی، لبر ٹی ای ایم، پائکروسکوپی، اور۔ یہ بڑے ڈیٹا سیٹ ٹی ای ایم تجربات میں مصنوعی ذہانت (اے آئی) اور مشین لرننگ (ایم ایل) الگورتھم کے نفاذ کو قابل بنا سکتے ہیں، جہاں عام طور پر خوردبین کے ذریعہ جن نمونوں پر غور نہیں کیا جاتا ہے وہ اے آئی کے ذریعہ ظاہر کیے جا سکتے ہیں۔ جب جسمانی طور پر بامعنی فریم ورک پر مبنی ہوتا ہے، تو اے آئی اور ایم ایل بڑے ایس ٹی ای ایم ڈیٹا سیٹس میں فیچر تلاش کرنے میں اعلی کارکردگی کا باعث بن سکتے ہیں۔ خصوصیت کی شناخت کے علاوہ، اے آئی اور ایم ایل اس کے موثر پیش گوئی پر مبنی لاگت کے تجزیے کی وجہ سے تجرباتی ڈیزائن کو مطلع کرنے میں بھی مدد کر سکتے ہیں۔ تاہم، اس قسم کے اے آئی پر مبنی تجزیے کے لیے تربیت کے لیے معلومات کے ڈیٹا بیس کی ضرورت ہوتی ہے جس پر فی الحال موجود نہیں ہے۔ مزید برآں، اعداد و شمار کے معیار کے لیے میٹرکس کی کمی، مختلف مینوفیکچررز میں ناقص کراس پلیٹ فارم سپورٹ کی وجہ سے محدود اسکیل ایبلٹی، اور تجزیہ اور تجرباتی طریقوں میں معیاری کاری کی کمی مختلف ڈیٹا سیٹوں میں موازنہ کے ساتھ ساتھ تولیدی صلاحیت کے سوالات کو بھی سامنے لاتی ہے۔ منتخب ایپلی کیشنز 4 ڈی ایس ٹی ای ایم کو ایپلی کیشنز کی ایک وسیع صف میں استعمال کیا گیا ہے، سب سے عام استعمال میں ورچوئل ڈفریکشن امیجنگ، واقفیت اور تناؤ کی نقشہ سازی، اور مرحلے کے برعکس تجزیہ شامل ہیں جن کا ذیل میں احاطہ کیا گیا ہے۔ اس تکنیک کا اطلاق درمیانے درجے کی ترتیب کی پیمائش، ہائیر آرڈر لاؤ زون (HOLZ) چینلنگ کانٹرسٹ امیجنگ، پوزیشن ایوریج سی بی ای ڈی، اتار چڑھاؤ الیکٹران مائکروسکوپی، بائیو میٹریل کی خصوصیت، اور طبی شعبوں (دواسازی کے مواد کی مائکرو اسٹرکچر اور پیپٹائڈ کرسٹل کی واقفیت کی نقشہ سازی) میں بھی کیا گیا ہے۔ یہ فہرست کسی بھی طرح سے مکمل نہیں ہے اور چونکہ میدان اب بھی نسبتا جوان ہے اس لیے مزید ایپلی کیشنز فعال طور پر تیار کی جا رہی ہیں۔ ورچوئل ڈفریکشن امیجنگ ورچوئل ڈفریکشن امیجنگ ایک ایسا طریقہ ہے جو ڈفریکشن پیٹرن سے حقیقی خلائی تصاویر تیار کرنے کے لیے تیار کیا گیا ہے۔ یہ تکنیک 90 کی دہائی سے مادی ڈھانچوں کی خصوصیت کے لیے استعمال ہوتی رہی ہے لیکن حال ہی میں 4 ڈی ایس ٹی ای ایم ایپلی کیشنز میں اس کا اطلاق کیا گیا ہے۔ اس تکنیک کو اکثر اسکیننگ الیکٹران نینو ڈفریکشن (ایس ای این ڈی) کہا جاتا ہے جس میں مقناطیسی کنڈلوں کے 4 جوڑے استعمال کیے جاتے ہیں تاکہ مربوط تحقیقات کو جھکایا جا سکے اور بیم کو سطح پر پھینکا جا سکے۔ "ورچوئل ڈٹیکٹر"، بالکل بھی ڈٹیکٹر نہیں ہے بلکہ ڈیٹا پروسیسنگ کا ایک طریقہ ہے جو برائٹ فیلڈ اور ڈارک فیلڈ امیجز بنانے کے لیے ہر رسٹر پوزیشن پر ڈفریکشن پیٹرن میں پکسلز کے ذیلی سیٹ کو مربوط کرتا ہے۔ ان تصاویر کی پروسیسنگ پہلے تمام اسکینوں پر تفریق کے نمونوں کو اوسط کرکے کی جاتی ہے۔ پھر ڈفریکشن پیٹرن میں دلچسپی کا ایک علاقہ منتخب کیا جاتا ہے، کم شدہ ڈیٹا سیٹ پر ایک ورچوئل یپرچر تیار کیا جاتا ہے، اور تصویر کو کمپیوٹیشنل طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے بنایا جاتا ہے۔ یہ ورچوئل یپرچر مطلوبہ کسی بھی سائز/شکل کا ہو سکتا ہے اور ایک ہی اسکین سے جمع کیے گئے 4 ڈی ڈیٹا سیٹ کا استعمال کرتے ہوئے بنایا جا سکتا ہے۔ مختلف یپرچرز کی تقلید کرنے کی یہ صلاحیت 4 ڈی ایس ٹی ای ایم طریقوں کے ذریعے فعال کی جاتی ہے اور روایتی ایس ٹی ای ایم آپریشن میں ایک عام کمزوری کو ختم کرتی ہے کیونکہ ایس ٹی ای ایم برائٹ فیلڈ اور ڈارک فیلڈ ڈٹیکٹرز کو مقررہ زاویوں پر رکھا جاتا ہے اور امیجنگ کے دوران تبدیل نہیں کیا جا سکتا۔ 4 ڈی ڈیٹا سیٹ کے ساتھ برائٹ/ڈارک فیلڈ امیجز بالترتیب ڈفریکٹڈ اور ٹرانسمیٹڈ بیموں سے ڈفریکشن کی شدت کو مربوط کرکے حاصل کی جا سکتی ہیں۔ ان نمونوں سے تصاویر بنانا نینو میٹر ریزولوشن دے سکتا ہے اور عام طور پر نینو میٹریل کی ساخت کی خصوصیت کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ ان تفریق کے نمونوں کو ترتیب اور فیز میپنگ کے لیے انڈیکس اور تجزیہ کیا جا سکتا ہے، جہاں اسکین سے حقیقی خلائی تصاویر بنائی جا سکتی ہیں۔ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم میں ورچوئل امیجنگ انجام دینے کے فوائد میں شامل ہیں: ڈیٹیکٹر جیومیٹریز کو فعال کرنا جو روایتی الیکٹران مائکروسکوپی میں ممکن نہیں ہے، کسی بھی زاویے پر بکھرے ہوئے الیکٹرانوں کے مخصوص استعمال کی اجازت دیتا ہے جو ڈیٹیکٹر سے ٹکرا جاتا ہے، تصاویر پر شور کے لیے سگنل کو بہتر بناتا ہے، اور نمونے کو موڑنے/متحرک بکھرنے کے واقعات کے خلاف مزاحمت کرتا ہے۔ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم کا استعمال انٹرفیس کا نقشہ بنانے، بہتر ڈارک فیلڈ امیجز بنانے کے لیے ڈفریکشن پلین کے منتخب علاقوں سے شدت کا انتخاب کرنے، نینو اسکیل پریسیپیٹیٹس کی پوزیشنوں کا نقشہ بنانے، بیم حساس بیٹری کیتھوڈ مواد کے مرحلے کے نقشے بنانے، اور دھاتی نامیاتی فریم ورک (ایم او ایف) میں کرسٹلینیٹی کی ڈگری کی پیمائش کرنے کے لیے کیا گیا ہے۔ فیز اورینٹیشن میپنگ فیز اورینٹیشن میپنگ عام طور پر ایس ای ایم میں الیکٹران بیک بکھرے ہوئے ڈفریکشن کے ساتھ کی جاتی ہے جو پولی کرسٹل لائن مواد میں اناج کی واقفیت کے 2 ڈی نقشے دے سکتی ہے۔ یہ تکنیک ٹی ای ایم میں کیکوچی لائنوں کا استعمال کرتے ہوئے بھی کی جا سکتی ہے، جو کہ موٹے نمونوں کے لیے زیادہ قابل اطلاق ہے کیونکہ کیکوچی لائنوں کی تشکیل پھیلاؤ بکھرنے پر منحصر ہے۔ متبادل طور پر، ٹی ای ایم میں کوئی بھی بڑی تعداد میں تفریق کے نمونوں کو ریکارڈ کرنے کے لیے پریسیشن الیکٹران ڈفریکشن (پی ای ڈی) کا استعمال کر سکتا ہے اور معلوم نمونوں کے مقابلے کے ذریعے، اناج کی متعلقہ سمت کا تعین کیا جا سکتا ہے۔ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم کو بریگ اسپاٹ امیجنگ نامی تکنیک میں سمتوں کا نقشہ بنانے کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ روایتی ٹی ای ایم تکنیکوں کے استعمال کے نتیجے میں عام طور پر 4 ڈی ایس ٹی ای ایم نقطہ نظر سے بہتر ریزولوشن ہوتا ہے لیکن زیادہ تناؤ والے علاقوں میں ناکام ہو سکتا ہے کیونکہ ڈی پی بہت زیادہ مسخ ہو جاتے ہیں۔ بریگ اسپاٹ امیجنگ میں، پہلا ارتباط تجزیہ طریقہ 0 (کوئی ارتباط نہیں) اور 1 (عین مطابق مماثلت) کے درمیان ارتباط طریقہ استعمال کرتے ہوئے گروپ ڈفریکشن پیٹرن (ڈی پی) کے لیے انجام دیا جاتا ہے۔ پھر ڈی پی کو ارتباط کی حد کا استعمال کرتے ہوئے ان کے ارتباط کے ذریعے گروپ کیا جاتا ہے۔ اس کے بعد ہر گروپ سے ایک باہمی تعلق کی تصویر حاصل کی جا سکتی ہے۔ ہر گروپ سے مجموعی نمائندہ تفریق ٹیمپلیٹ حاصل کرنے کے لیے ان کا خلاصہ اور اوسط کیا جاتا ہے۔ مختلف سمتوں کو رنگ تفویض کیے جا سکتے ہیں جو انفرادی اناج کی سمتوں کو دیکھنے میں مدد کرتے ہیں۔ مناسب جھکاؤ اور پریسیشن الیکٹران ڈفریکشن (پی ای ڈی) کے استعمال سے اناج کی واقفیت اور تقسیم کی تھری ڈی ٹوموگرافک رینڈرنگ کرنا بھی ممکن ہے۔ چونکہ یہ تکنیک کمپیوٹیشنل طور پر گہری ہے، اس لیے حالیہ کوششوں کو ڈفریکشن پیٹرن کے تجزیے کے لیے مشین لرننگ کے نقطہ نظر پر مرکوز کیا گیا ہے۔ تناؤ کی نقشہ سازی TEM مقامی تناؤ کی پیمائش کر سکتا ہے اور اکثر کنڈینسڈ بیم الیکٹران ڈفریکشن CBED کا استعمال کرتے ہوئے نمونوں میں تناؤ کا نقشہ بنانے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ اس تکنیک کی بنیاد لیٹس پیرامیٹر میں ہونے والی تبدیلیوں کو دیکھنے کے لیے نمونے کے ڈفریکشن پیٹرن کے غیر دباؤ والے علاقے کا تناؤ والے علاقے سے موازنہ کرنا ہے۔ ایس ٹی ای ایم کے ساتھ، نمونے کے علاقے سے الگ ہونے والی ڈسک کی پوزیشنیں مقامی تناؤ کی معلومات فراہم کر سکتی ہیں۔ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم ڈیٹا سیٹس کے ساتھ اس تکنیک کے استعمال میں کافی حد تک شامل حسابات شامل ہیں۔ ایس ای این ڈی کا استعمال کرتے ہوئے، برائٹ اور ڈارک فیلڈ امیجز کو بالترتیب براہ راست اور ڈفریکٹڈ بیموں کے انضمام کے ذریعے ڈفریکشن پیٹرن سے حاصل کیا جا سکتا ہے، جیسا کہ پہلے بحث کی گئی ہے۔ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم آپریشن کے دوران اے ڈی ایف ڈٹیکٹر کو پیمائش کے دوران انحراف کے ساتھ تحقیقات کے مقام کو مربوط کرنے کے لیے بکھرے ہوئے الیکٹرانوں کے مجموعے کے ذریعے دلچسپی کے کسی خاص علاقے کو دیکھنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ریزولوشن اور تناؤ کی معلومات کے درمیان ایک تغیر ہے ؛ چونکہ بڑے تحقیقات بڑے حجم پر تناؤ کی پیمائش کا اوسط کر سکتے ہیں، لیکن چھوٹے تحقیقات کے سائز میں منتقل ہونے سے زیادہ حقیقی جگہ کا ریزولوشن ملتا ہے۔ اس مسئلے سے نمٹنے کے طریقے موجود ہیں جیسے کہ فیلڈ آف ویو کو بڑھانے کے لیے ریزولوشن کی حد سے آگے فاصلے کی تحقیقات۔ اس تناؤ کی نقشہ سازی کی تکنیک کو بہت سے کرسٹل مواد میں لاگو کیا گیا ہے اور اسے نیم کرسٹل اور بے ساختہ مواد (جیسے دھاتی شیشے) تک بڑھا دیا گیا ہے کیونکہ وہ بھی اعلی تناؤ والے علاقوں میں اوسط جوہری فاصلے سے انحراف ظاہر کرتے ہیں۔ فیز تضاد تجزیہ تفریقی مرحلے کے برعکس تفریقی مرحلے کے برعکس امیجنگ تکنیک (ڈی پی سی) کو ایس ٹی ای ایم میں استعمال کیا جا سکتا ہے تاکہ ہر اسکین پوائنٹ پر فیلڈ کی وجہ سے الیکٹران بیم کے انحراف کی پیمائش کرکے نمونوں میں مقامی برقی مقناطیسی میدان کا نقشہ بنایا جا سکے۔ روایتی طور پر بیم کی حرکت کو سیگمنٹڈ اینولر فیلڈ ڈیٹیکٹرز کا استعمال کرتے ہوئے ٹریک کیا جاتا تھا جو بیم کو گھیرے ہوئے ہوتے تھے۔ سیگمنٹڈ ڈٹیکٹر کے ساتھ ڈی پی سی میں ایٹم ریزولوشن تک ہوتا ہے۔ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم میں پکسلٹیڈ ڈٹیکٹر اور سی بی ای ڈی پیٹرن کے "سینٹر آف ماس" کی حرکت کو ٹریک کرنے کے لیے ایک کمپیوٹر کا استعمال سیگمنٹڈ ڈٹیکٹرز کا استعمال کرتے ہوئے پائے جانے والے نتائج کے مقابلے میں موازنہ کرنے کے لیے پایا گیا۔ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم تمام سمتوں کے ساتھ مرحلے کی تبدیلی کی پیمائش کو نمونے کی واقفیت کے ساتھ صف بندی کرنے کے لیے سیگمنٹڈ ڈیٹیکٹر کو گھمانے کی ضرورت کے بغیر ناپنے کی اجازت دیتا ہے۔ مقامی برقی میدان کے متوازی میں مقامی پولرائزیشن کی پیمائش کرنے کی صلاحیت کا بھی 4 ڈی ایس ٹی ای ایم کے ساتھ مظاہرہ کیا گیا ہے۔ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم کے ساتھ ڈی پی سی امیجنگ سیگمنٹڈ ڈیٹیکٹرز کے ساتھ ڈی پی سی کے مقابلے میں شدت کے 2 آرڈرز تک سست ہے اور اس کے لیے بڑے چار جہتی ڈیٹا سیٹس کے اعلی درجے کے تجزیے کی ضرورت ہوتی ہے۔ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم ڈیٹا سیٹ میں موجود اوور لیپنگ سی بی ای ڈی پیمائش پیچیدگ الیکٹران تحقیقات اور پیچیدگ نمونے کی صلاحیت کی تعمیر کے لیے پیٹیگرافی تکنیک کا استعمال کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم ڈیٹا کے ساتھ ٹائکوگرافک تعمیر نو کو ایس ٹی ای ایم میں اے ڈی ایف، بی ایف، اے بی ایف، اور سیگمنٹڈ ڈی پی سی امیجنگ سے زیادہ تضاد فراہم کرنے کے لیے دکھایا گیا۔ 4 ڈی ایس ٹی ای ایم کے تحت اس تکنیک کا اعلی سگنل سے شور کا تناسب اسے تابکاری کے حساس نمونوں جیسے حیاتیاتی نمونوں کی امیجنگ کے لیے پرکشش بناتا ہے۔ بیچ میں ایک سوراخ کے ساتھ پکسلٹیڈ ڈٹیکٹر کا استعمال غیر بکھرے ہوئے الیکٹران بیم کو سپیکٹرومیٹر تک منتقل کرنے کی اجازت دیتا ہے جس سے 4 ڈی ایس ٹی ای ایم میں کیمیائی تجزیہ کے ساتھ مل کر ٹائکوگرافک تجزیہ کی اجازت ملتی ہے۔ MIDI STEM یہ تکنیک MIDI-STEM (مماثل روشنی اور ڈٹیکٹر انٹرفیرومیٹری-STEM)، کم عام ہونے کے باوجود، اعلی برعکس مرحلے کی تصاویر بنانے کے لیے پیٹیگرافی کے ساتھ استعمال ہوتی ہے۔ پروب بنانے والے یپرچر میں 0 اور π/2 فیز شفٹ کے زون کے ساتھ فیز پلیٹ کی جگہ کا تعین نتیجے میں سی بی ای ڈی پیٹرن میں متمرکز بجتوں کا ایک سلسلہ بناتا ہے۔ 0 اور π/2 خطوں کے درمیان گنتی میں فرق مقامی نمونے کے مرحلے کی براہ راست پیمائش کی اجازت دیتا ہے۔ مختلف خطوں میں گنتی کو پیچیدہ معیاری ڈٹیکٹر جیومیٹریز یا 4 ڈی ایس ٹی ای ایم میں پکسلٹیڈ ڈٹیکٹر کے استعمال کے ذریعے ماپا جا سکتا ہے۔ پکسیلیٹڈ ڈٹیکٹرز کو جوہری ریزولوشن کے ساتھ اس تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے دکھایا گیا ہے۔ (MIDI)-STEM ڈی پی سی یا پیٹیگرافی کے مقابلے میں کم ہائی پاس فلٹرنگ کے ساتھ امیج کانٹراسٹ کی معلومات تیار کرتا ہے لیکن ان تکنیکوں کے مقابلے میں اعلی مقامی تعدد پر کم موثر ہے۔ (MIDI)-پیٹیکگرافی کے ساتھ مل کر استعمال ہونے والا STEM انفرادی طور پر کسی بھی تکنیک کے مقابلے میں برعکس معلومات فراہم کرنے میں زیادہ موثر ثابت ہوا ہے۔ الیکٹران بیم انڈیوسڈ ڈیپوزیشن ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی (ٹی ای ایم) اسکیننگ ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی (ایس ٹی ای ایم) انرجی فلٹرڈ ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی (ای ایف ٹی ای ایم) ہائی ریزولوشن ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی (ایچ آر ٹی ای ایم) اسکیننگ کنفوکل الیکٹران مائکروسکوپی (ایس سی ای ایم) اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپ (ایس ای ایم) ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی کے لیے ڈٹیکٹر حوالہ جات الیکٹران بیم الیکٹران مائکروسکوپی تکنیک