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Three-dimensional description of vibration-assisted electron knock-on displacements in 2D materials
Ionut Alexandru Chirita Mihaila
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (DissG: Physik)
Betreuer*in
Toma Susi
DOI
10.25365/thesis.73503
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-20646.45738.469821-7
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Beobachtungen auf atomarer Ebene von Materialien werden oft unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops durchgeführt. Abhängig von der Beschleunigungsspannung der Elektronen, kann der Strahl Defekte in der Probe induzieren oder verschiedene Dynamiken hervorrufen. Der elastischer Stoß von Elektronen an Atome ist der Hauptschadenmechanismus und obwohl die Schwingungen der Atome das Wirkungsquerschnitt beeinflusst, wurde bisher nur die Schwingungsrichtung der Atome außerhalb der Ebene betrachtet. Da es eine nicht Übereinstimmung zwischen Experiment und Theorie gibt, präsentieren wir hier eine vollständige dreidimensionale Theorie der elastischer Stoße zwischen Elektronen und Atome, die uns erlaubt den Wirkungsquerschnitt beliebiger Dynamiken zu berechnen. Wir validieren das Modell mit zuvor experimentell gemessene Werte mit Hilfe der Rastertransmissionselektronenmikroskop und verwenden unsere Methodik um Dynamiken wie die reversible Sprünge der Stickstoffatome in Graphen, oder der Tausch zwischen Silizium- und Kohlenstoffatome zu erklären. Das Modell basiert sich auf ab-initio Methoden und kann auf beliebige Materialien angewendet werden um den elastischen Stoß als Schadenmechanismus zu erklären.
Abstract
(Englisch)
Transmission electron microscopy characterization may damage materials, but an electron beam can also induce interesting dynamics. Elastic knock-on is the main electron irradiation damage mechanism in metals including graphene, and although atomic vibrations influence the displacement cross section, only the out-of-plane direction have been considered so far. Because of the mismatch between experiment and theory, we introduce a full three-dimensional first-principles theory of knock-on displacements to describe dynamics into arbitrary directions. We validate the model with previously experimentally measured values using the scanning transmission electron microscope and use our methodology to explain dynamics such as the reversible jumps of nitrogen atoms in graphene, or the swapping between silicon and carbon atoms. The model is based on ab-initio methods and can be applied to any material to explain knock-on as a damage mechanism.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
2D Materialien Graphene Wirkungsquerschnitt knock-on Elektronenmikroskopie
Schlagwörter
(Englisch)
2D Materials Graphene Displacement cross section electron microscopy
Autor*innen
Ionut Alexandru Chirita Mihaila
Haupttitel (Englisch)
Three-dimensional description of vibration-assisted electron knock-on displacements in 2D materials
Paralleltitel (Deutsch)
Dreidimensionale Beschreibung vibrationsunterstützter Stoßen zwischen Elektronen und Atome in 2D Materialien
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
VI, 83 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Hannu-Pekka Komsa ,
Alberto Zobelli
Klassifikationen
33 Physik > 33.61 Festkörperphysik ,
33 Physik > 33.99 Physik. Sonstiges
AC Nummer
AC16857901
Utheses ID
65839
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 411 |