Convergent beam electron diffraction
کنورجنٹ بیم الیکٹران ڈفریکشن (سی بی ای ڈی) ایک الیکٹران ڈفریکشن تکنیک ہے جہاں الیکٹرانوں کی کنورجنٹ یا ڈائیورجنٹ بیم (مخروطی الیکٹران بیم) کو مواد کا مطالعہ کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ تاریخ سی بی ای ڈی کو پہلی بار 1939 میں کوسل اور مولنسٹڈٹ نے متعارف کرایا تھا۔ 1970 کی دہائی میں فیلڈ ایمیشن گن (ایف ای جی) کی ترقی، اسکیننگ ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی (ایس ٹی ای ایم)، توانائی کو فلٹر کرنے والے آلات وغیرہ نے چھوٹے پروب قطر اور بڑے کنورجنس زاویوں کو ممکن بنایا، اور اس سب نے سی بی ای ڈی کو زیادہ مقبول بنا دیا۔ ستر کی دہائی میں، گڈ مین اور لیہمپفوہ اور بکسٹن کے ذریعہ پوائنٹ گروپ اور اسپیس گروپ سمیٹریز کے تعین کے لیے سی بی ای ڈی کا استعمال کیا جا رہا تھا، اور 1985 میں شروع ہونے والے سی بی ای ڈی کا استعمال تناکا اور دیگر نے کیا تھا۔ کرسٹل کی ساخت کا مطالعہ کرنے کے لیے۔ ایپلی کیشنز سی بی ای ڈی کا استعمال کرتے ہوئے، درج ذیل معلومات حاصل کی جا سکتی ہیں: کرسٹل لیٹس کے پیرامیٹرز، نمونے کی موٹائی کے تناؤ کی تقسیم کے نقائص جیسے اسٹیکنگ فالٹس، ڈسلوکیشنز، اناج کی حدود، تین جہتی اخترتی، لیٹس کی نقل مکانی کرسٹل سمیٹری کی معلومات-سی بی ای ڈی ڈسکوں میں ظاہر ہونے والی ہم آہنگی کو دیکھ کر، پوائنٹ گروپ اور اسپیس گروپ کا تعین کیا جاتا ہے۔ پیرامیٹرز سی بی ای ڈی ڈسک کی پوزیشنیں بریگ چوٹیوں کی پوزیشنیں جیسی ہی ہوتی ہیں اور تقریبا اس تعلق کے ذریعے دی جاتی ہیں: کرسٹلگرافک طیاروں کے درمیان فاصلہ کہاں ہے، بریگ زاویہ ہے، ایک عدد ہے، اور جانچ کرنے والے الیکٹرانوں کی طول موج ہے۔ بیم کنورجنس سیمی اینگل-C2 یپرچر کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے۔ پروبنگ بیم کنورجنس سیمی اینگل، ملی ریڈین کی ترتیب کا ہے، جس کی حد 0.1 سے 1 ڈگری تک ہے۔ چھوٹے کنورجنس سیمی اینگل کے لیے، سی بی ای ڈی ڈسک ایک دوسرے کے ساتھ اوورلیپ نہیں ہوتی ہیں، جبکہ بڑے سیمی کنورجنس اینگل کے لیے، ڈسک اوورلیپ ہوتی ہیں۔ سی بی ای ڈی ڈسک کا قطر بیم کنورجنس سیمی اینگل کے ذریعے دیا جاتا ہے: ڈیفوکس: پروبنگ بیم کے کراس اوور اور نمونے کی پوزیشن کے درمیان کا فاصلہ ڈیفوکس فاصلہ کہلاتا ہے۔ نمونے کو محور کے ساتھ منتقل کیا جا سکتا ہے۔ ڈیفوکس فاصلے پر، براہ راست جگہ اور باہمی جگہ کی معلومات دونوں سی بی ای ڈی پیٹرن میں نظر آتی ہیں۔ متعلقہ تکنیکیں روایتی (سی) ٹی ای ایم-سی بی ای ڈی: سی ٹی ای ایم-سی بی ای ڈی میں مختلف شکل کے کنڈینسر یپرچر پورے برلوئن زون میں شدت کی تقسیم حاصل کرنے کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں۔ لارج اینگل (ایل اے) سی بی ای ڈی: (ایل اے) سی بی ای ڈی ایک بڑے واقعے کے زاویے کے ساتھ انجام دیا جاتا ہے، جس کی حد 1 ڈگری سے 10 ڈگری تک ہوتی ہے۔ ایل اے سی بی ای ڈی بریگ اینگل سے طے شدہ ڈسک سے بڑی قطر والی غیر اوور لیپنگ ڈسک حاصل کرنا ممکن بناتا ہے۔ ایل اے سی بی ای ڈی کے ساتھ میں ڈٹیکٹر پر ایک وقت میں ایک منتخب سی بی ای ڈی ڈسک حاصل کر سکتا ہوں۔ ایل اے سی بی ای ڈی II میں، انٹرمیڈیٹ لینس کے فوکسنگ کے حالات میں معمولی تبدیلی کے ساتھ، فلوروسینٹ اسکرین پر ایک دوسرے کو اوور لیپ کیے بغیر، روشن فیلڈ پیٹرن اور ڈارک فیلڈ پیٹرن بیک وقت حاصل کیے جا سکتے ہیں۔ ایل اے سی بی ای ڈی کا ایک نقصان یہ ہے کہ اس کے لیے ایک بڑے، چپٹے نمونے کی ضرورت ہوتی ہے۔ 4 ڈی اسٹیم: 4 ڈی اسٹیم میں ایک کنورجنٹ پروبنگ بیم کو 2 ڈی صف میں ایک نمونے پر رسٹر اسکین کیا جاتا ہے اور صف کی ہر پوزیشن میں، 2 ڈی ڈفریکشن پیٹرن حاصل کیا جاتا ہے، اس طرح 4 ڈی ڈیٹا سیٹ تیار ہوتا ہے۔ حصول کے بعد، مختلف مرحلے کی تکنیکوں جیسے کہ ٹائکوگرافی کا استعمال کرکے، ٹرانسمیشن فنکشن اور انڈیوسڈ فیز شفٹ کو بازیافت کیا جا سکتا ہے۔ کچھ ایپلی کیشنز میں 4D-STEM کو STEM-CBED کہا جاتا ہے۔ بیم راکنگ (بی آر)-سی بی ای ڈی: اس تکنیک کے ساتھ، نمونے کے اوپر رکھے ہوئے راکنگ کنڈلی کے ساتھ واقع بیم کو ہلا کر، ایک ورچوئل کنورجنٹ بیم تیار کیا جاتا ہے۔ یہ دیکھتے ہوئے کہ نمونے پر بیم کا قطر چند مائکرو میٹر ہے، اس طریقہ کار نے سی بی ای ڈی کو ایسے مواد کے لیے ممکن بنا دیا ہے جو مضبوط متغیر بیموں کے لیے حساس ہیں۔ مزید برآں، روشن نمونے کے علاقے کا بڑا سائز اور بیم کا کم کثافت والا کرنٹ نمونے کی آلودگی کو غیر اہم بنا دیتا ہے۔ بی آر-لیکبیڈ: اس تکنیک میں، نمونے کے اوپر راکنگ کنڈلی کے علاوہ، پروجیکٹر لینس کے نیچے ایک راکنگ کنڈلی رکھی جاتی ہے، جو ایس ٹی ای ایم ڈٹیکٹر میں ترجیحی بیم لانے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ ہر بار جب واقع بیم کو ہلایا جاتا ہے، تو دوسرا کنڈلی بیک وقت چلایا جاتا ہے تاکہ بیم ہمیشہ ایس ٹی ای ایم ڈٹیکٹر پر گر جائے۔ سگنل پروسیسنگ اور بی آر-سی بی ای ڈی: بی آر-سی بی ای ڈی میں تضاد کو بڑھانے کے لیے، ایک بینڈ پاس فلٹر استعمال کیا جا سکتا ہے جو سی بی ای ڈی پیٹرن میں ایک مخصوص فریکوئنسی بینڈ کو فلٹر کرتا ہے۔ ان دونوں تکنیکوں کا امتزاج نمونوں میں ظاہر ہونے والی ہم آہنگی کو زیادہ واضح بناتا ہے۔ سی بی-ایل ای ای ڈی (کم توانائی الیکٹران ڈفریکشن): راکنگ منحنی خطوط کا تجزیہ ایک مربوط تحقیقات کا استعمال کرتے ہوئے ایک ہی توانائی پر کیا جاتا ہے۔ اس طریقہ کار کے فوائد یہ ہیں: سی بی ایل ای ای ڈی ڈسکوں میں ایل ای ای ڈی ڈفریکشن اسپاٹس کی نقشہ سازی، ڈفریکشن پیٹرن نمونے کے مقامی علاقے سے نکلتے ہیں جو مقامی ساختی معلومات کو نکالنے، سطحوں سے نقشہ سازی، چھوٹے جوہری نقل مکانی کی حساسیت میں اضافہ وغیرہ کو قابل بناتا ہے۔ ٹائکوگرافی اخراج الیکٹران لہر کے مرحلے کی بازیابی کے لیے ایک تکنیک ہے۔ تعمیر نو ایک تکراری مرحلے کی بازیافت الگورتھم کو لاگو کرکے کی جاتی ہے جو مرحلے اور طول و عرض دونوں کی معلومات کے ساتھ ایک حقیقی جگہ کی تصویر واپس کرتی ہے۔ الیکٹران پیٹیکگرافی کا استعمال کرتے ہوئے، 2018 میں، جیانگ اور دیگر نے ایم او ایس 2 کی تصاویر کی اطلاع دی جس کی جوہری ریزولوشن 0.39 Å تھی۔ جس نے سب سے زیادہ ریزولوشن مائکروسکوپ کا نیا عالمی ریکارڈ قائم کیا۔ مائکرو ڈفریکشن، نینو ڈفریکشن: ادب میں، الیکٹران ڈفریکشن پیٹرن کا حوالہ دینے کے لیے کئی اصطلاحات استعمال ہوتی ہیں جو کنورجنٹ بیم کے ساتھ حاصل کی جاتی ہیں۔ اس طرح کی اصطلاحات سی بی ای ڈی، مائیکرو ڈفریکشن، نینو ڈفریکشن وغیرہ ہیں۔ جب سی بی ای ڈی تکنیک کا استعمال روایتی ڈفریکشن معلومات جیسے جالی کی ساخت اور بہت چھوٹے علاقوں سے انٹرپلانر اسپیسنگ کے حصول کے لیے کیا جاتا ہے، تو مائیکرو ڈفریکشن کی اصطلاح استعمال کی جاتی ہے۔ دوسری طرف، نینو ڈفریکشن کی اصطلاح اس وقت استعمال ہوتی ہے جب بہت چھوٹی تحقیقات (<1 این ایم یا قطر میں کم) استعمال کی جاتی ہیں۔ سی بی ای ڈی کے فوائد اور نقصانات چونکہ پروبنگ کنورجنٹ بیم کا قطر متوازی بیم کے مقابلے میں چھوٹا ہوتا ہے، اس لیے سی بی ای ڈی پیٹرن میں زیادہ تر معلومات بہت چھوٹے علاقوں سے حاصل کی جاتی ہیں، جن تک دوسرے طریقے نہیں پہنچ سکتے۔ مثال کے طور پر، سلیکٹڈ ایریا الیکٹران ڈفریکشن (ایس اے ای ڈی) میں، جہاں متوازی بیم کی روشنی کا استعمال کیا جاتا ہے، سب سے چھوٹا رقبہ جو منتخب کیا جا سکتا ہے وہ 100 کے وی پر 0.0 مائیکرو میٹر ہے، جبکہ سی بی ای ڈی میں 100 این ایم سے چھوٹے علاقوں میں جانا ممکن ہے۔ نیز، سی بی ای ڈی پیٹرن سے حاصل ہونے والی معلومات کی مقدار سی ای ای ڈی پیٹرن سے حاصل ہونے والی معلومات سے زیادہ ہوتی ہے۔ بہر حال، سی بی ای ڈی کے اپنے نقصانات بھی ہیں۔ مرکوز تحقیقات آلودگی پیدا کر سکتی ہے، جو مقامی تناؤ کا سبب بن سکتی ہے۔ لیکن یہ ماضی میں ایک مسئلہ تھا، اور اب، اعلی خلا کے حالات کے ساتھ، کسی کو منٹ سے گھنٹوں میں نمونے کے صاف علاقے کی تحقیقات کرنے کے قابل ہونا چاہئے۔ ایک اور نقصان یہ ہے کہ متغیر بیم نمونے کے منتخب کردہ علاقے کو گرم یا نقصان پہنچا سکتا ہے۔ 1939 سے، سی بی ای ڈی بنیادی طور پر موٹے مواد کا مطالعہ کرنے کے لیے استعمال ہوتا رہا ہے۔ 2 ڈی کرسٹل پر سی بی ای ڈی حال ہی میں، سی بی ای ڈی کا استعمال گرافین اور دیگر 2 ڈی مونو لیئر کرسٹل اور وین ڈیر والس ڈھانچے کا مطالعہ کرنے کے لیے کیا گیا تھا۔ 2 ڈی کرسٹل کے لیے، سی بی ای ڈی نمونوں کا تجزیہ آسان بنایا گیا ہے، کیونکہ سی بی ای ڈی ڈسک میں شدت کی تقسیم براہ راست کرسٹل میں جوہری ترتیب سے متعلق ہے۔ نینومیٹر ریزولوشن پر خرابیوں کو بازیافت کیا گیا ہے، دو پرت والے کرسٹل کے انٹر لیئر فاصلے کو دوبارہ تعمیر کیا گیا ہے، اور اسی طرح، سی بی ای ڈی کا استعمال کرتے ہوئے۔ کنڈینسڈ میٹر فزکس کرسٹلگرافی ڈفریکشن میں پیمائش لیبارٹری کی تکنیکیں