Atomic resolution STEM-HAADF imaging in the study of interfaces

• Autorzy: Carlino, E. , Grillo, V.

Warianty tytułu

PL

Badania granic rozdziału w skali atomowej z wykorzystaniem techniki STEM-HAADF

• Konferencja: MicroCEM - Workshop on Progress in Microstructure Characterization by Electron Microscopy (30.09-02.10.2005 ; Zakopane, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Current efforts to develop nanostructured materials and devices are stimulating the implementation of new experimental probes of the structure and chemical composition of solids on the atomic scale. High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) has been widely used in the last decades to study the structure and the properties of materials at the highest spatial resolution. More recently high angle annular dark field (HAADF) scanning transmission electron microscopy (STEM) imaging has demonstrated sub-Angstrom resolution together with high sensitivity to the chemical composition of the material allowing to study both the structure and the chemistry of interfaces at atomic resolution without the uncertainty related to the phase problem in HRTEM. Here, basic principles of HAADF imaging will be illustrated together with recent applications to the study at atomic resolution of interfaces of materials. It will be shown how HAADF can be used to probe the distribution of guest chemical species in a host matrix. Furthermore, a new approach to the simulation of HAADF images will be introduced together with a new approach to the determination of important experimental parameters as defocus values and specimen thickness.

PL

Obecna aktywność w zakresie rozwoju nanomateriałów stymuluje konieczność opracowania nowych technik badawczych umożliwiających ich charakterystykę mikrostruktury i składu chemicznego w skali atomowej. Dotychczas, tj. w zakresie kilku ostatnich dziesięcioleci, do charakterystki mikrostruktury materiałów z najwyższą przestrzenną zdolnością rozdzielczą wykorzystywana była mikroskopia skaningowa, która w trybie tzw. wysoko-katowego ciemnego pola (HAADF) umożliwia zarówno obserwacje mikrostruktury jak i charakterystykę chemiczną z rozdzielczościa rzędu jednego Angstrema i to bez obciążenia problemem delokalizacji właściwym klasycznej mikroskopii wysokorozdzielczej. W bieżącym opracowaniu zostana zaprezentowane podstawowe zasady prowadzenia obserwacji mikroskopii transmisyjnoskaningowej z wykorzystaniem trybu HAADF oraz przedstawione przykzastosowania tej techniki do obserwacji granic międzyfazowych w skali atomowej. W szczególności opisany sposób wykorzystania HAADF do analizy rozkładu domieszek w osnowie kryształu. Następnie, przedstawiony zostanie nowy sposób modelowania obrazów HAADF umożliwiający wyznaczenie takich parametrów jak grubości cienkiej folii oraz wartości odstępstwa od warunków minimalnego kontrastu.

Słowa kluczowe

PL

TEM; HRTEM; STEM; HAADF; badania granic rozdziału; symulacja

EN

TEM; HRTEM; STEM; HAADF; atomic resolution imaging; simulation

• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 51, iss. 1
• Strony: 23-32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., rys., wzory

Twórcy

autor

Carlino, E.

autor

Grillo, V.

• Center for Electron Microscopy - Laboratorio Nazionale TASC-INFR-CNR, Area Science PARK S.S. 14 KM, 163.5, 34012 Trieste, Italy

Bibliografia

• [1] D. Van Dyck, Electron Microscopy in Materials Science, Eds P. G. Merli and M. Vittori Antisari, World Scientific, 257 (1992).
• [2] J. C. H. Spence, Experimental High-Resolution Electron Microscopy, 2nd Ed. Oxford University Press, Oxford, 87 (1988).
• [3] E. Carlino, C. Giannini, L. Tapfer, M. Catalano, E. Tournie, Y. H. Z hang, K. H. Ploog, J. Appl. Phys. 78, 2403 (1995).
• [4] M. M. J. Treacy.J. M. Gibson, A. Howie, Phil. Mag. A51, 389 (1985).
• [5] L. De Caro, A. Giuffrida, E. Carlino, L. Tapfer, Acta Cryst. A53, 1 (1997).
• [6] S. J. Pennycook, D. E. Jesson, Phys. Rev. Lett. 64, 938 (1990).
• [7] S. J. Pennycook in “Advances in imaging and electron physics” vol. 123 Academic Press (2002).
• [8] E. Carlino, S. Modesti, D. Furlanello, M. Piccin, S. Rubini, A. Franciosi, Appl. Phys. Lett. 83, 662 (2003).
• [9] Y. F. Yanfa, M. M. Al-Jassim, M. F. Chisholm, L. A. Boatner, S. J. Pennycook, M. Oxley, Phys. Rev. B 71, 041309 (2005).
• [10] E. Carlino, V. Grillo, Phys. Rev. B. 71 235303 (2005).
• [11] P. D. Nellist, S. J. Pennycook, Jour. Microsc. 190, 159 (1998).
• [12] B. Rafferty, S. J. Pennycook, Ultramicroscopy 78, 141-151 (1999).
• [13] P. D. Nellist, M. F. Chisholm, N. Dęliby, O. L. Krivanek, M. F. Murfill, Z. S. Szilagyi, A. R. Lupini, A. Borisevich, W. H. Sides jr., S. J. Pennycook, Science 305, 1741 (2004).
• [14] M. M. J. Treacy, A. Howie, S. J. Pennycook, Inst. Phys. Conf. Ser. 52, 261 (1980).
• [15] B. F. Buxton, S. J. Loveluck, J. W. Steeds, Phil. Mag. 38, 259 (1978).
• [16] O. Scherzer, Jour. Appl. Phys. 20, 20 (1949).
• [17] S. J. Pennycook, D. E. Jesson, P. D. Nellist, M. F. Chisholm, N. D. Browning, in “Handbook of microscopy” VCH publishers, Weinheim, Germany, 595, (1997).
• [18] P. Hirsh, A. Howie, RB. Nicholson, D. W. Pashley, M. J. Whelan, “Electron Microscopy of thin crystals” Krieger publ. C. 2m/ Ed. 1977.
• [19] E. M. James, N. D. Browning, Ultramicroscopy 78, 125 (1999).
• [20] E. Carlino, V. Grillo, Proceedings MCEM VII Portoroze (Si) June 2005 p 159 ISBN 961-6303-69-4.
• [21] A. Colli, E. Carlino, E. Pelucchi, V. Grillo, A. Franciosi, J. Appl. Phys. 96 (5) p. 2592 (2004).
• [22] S. C. Anderson, C. R. Birkeland, G. R. Anstis, D. J. H. Cockayne, Ultramicroscopy 69, 83 (1997).
• [23] K. Ishizuka, Ultramicroscopy 90, 71 (2002).
• [24] E. J. Kirkland, Advanced Computing in electron microscopy, p. 100 plenum NewYork (1998).
• [25] P. D. Nellist, S. J. Pennycook, Ultramicroscopy 76, 111 (1999).
• [26] K. Watanabe, T. Yamazaki, I. Hashimoto, M. Shiojiri, Phys.Rev. B 64, 115432 (2001).
• [27] L. J. Allen, S. D. Findlay, M. P. Oxley, C. J. Rossouw, Ultramicroscopy 96, 47 (2003).
• [28] Y. Peng, P. D. Nellist, S. J. Pennycook, J: Electron Microscopy 53, 257 (2004).
• [29] R. F. Loane, P Xu, J. Silcox, ActaCryst. A47, 267 (1991).
• [30] T. Yamazaki, K. Watanabe, A. Recnik, M. Ceh, M. Kawasaki, M. Shojiri, J.Electron. Mi-cros. 49, 753 (2000).
• [31] G. R. Anstis, S. C. Anderson, C. R. Birkenland, D. J. H. Cockayne, Scanning Microscopy 11, 287 (1997).
• [32] C. Dwyer,J. Etheridge,Ultramicroscopy96,343 (2003).
• [33] http://www-unix.mcs.anl.gov/mpi/mpich and references therein.
• [34] V. Grillo.P. Verecchia,V. Rosato.E. Carlino, Proceedings MCEM VII Portoroze (Si) p 163 ISBN 961-6303-69-4 (2005).
• [35] V. Grillo.P. Verecchia,V. Rosato.E. Carlino, to be submitted to Ultramic.
• [36] E. Carlino, V. Grillo, to be submitted.
• [37] K. Watanabe, Y Kotaka,N. Nakanishi.T. Yamazaki, I. Hashimoto, M. Shojiri, Ultramicroscopy 92, 191 (2002).
• [38] T. Yamazaki, N. Nakanishi, A. Recnik, M. Kawasaki, K. Watanabe, M. Ceh, M. Shojiri, Ultramicroscopy 98, 305 (2004).
• [39] P. M. Voiles, J. L. Grazul, D. A. Muller, Ultramicroscopy 96, 251 (2003).
• [40] J. Silcox, P Xu, R. F. Loane, Ultramicroscopy 47, 173 (1992).
• [41] V. Grillo, E. Carlino, submitted to Ultramicroscopy.