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Real-time drift compensation for focused electron irradiation
Eugen Kozyrau
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physics
Betreuer*in
Toma Susi
DOI
10.25365/thesis.79951
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-23004.03149.113581-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Manipulation einzelner Atome in einem Rastertransmissionselektronenmikroskop erfordert einen stabilen Objekthalter, um ein ausgewähltes Atom präzise bestrahlen zu können. Dies erfolgt durch “Parken” des Elektronenstrahls an der gewünschten Position. Doch trotz der branchenführenden Stabilität des Nion Mikroskops, ist es schwierig den Drift des Mikroskoptisches komplett zu eliminieren. Mit idealen Werten von 0.5 Å pro Minute bewegt sich die Probe ständig relativ zum Elektronenstrahl. Noch dazu kann der Drift zurzeit nicht während der Bestrahlung gemessen werden. Um die Manipulation von Fremdatomen in 2D-Materialien besser automatisieren zu können, muss dieser Drift in Echtzeit überwacht und korrigiert werden. Eine Möglichkeit dies zu bewerkstelligen, besteht darin das konvergente Elektronenbeugungsbild (CBED) des stationären Strahls während der Manipulation zu beobachten. Es wird damit gerechnet, dass das Beugungsbild eines Kristalls symmetrisch ist, wenn der Strahl über einem Atom des Gitters positioniert ist. Falls sich der Objekthalter mit der Probe relativ zum Strahl bewegt, wird sich das Beugungsbild entsprechend ändern. Das Erkennen dieser Änderung könnte eine praktikable Möglichkeit zur Driftüberwachung bieten, sogar mit stationärem Strahl. In der Praxis könnte dies einen schnellen, direkten Elektronendetektor erfordern. Diese sind zunehmend zur Verwendung in der sogenannten 4D-STEM verfügbar. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist es, die Auswirkungen des Objekthalter-Drifts auf das konvergente Beugungsbild zu analysieren und Wege zu finden, diese Information in Atommanipulationssoftware einzubauen. Wir führen Experimente mit einer sCCD Kamera und dem neulich installierten hochmodernen Dectris ARINA Direct-Electron Detektor am Wiener Nion UltraSTEM 100 durch. Die Versuche werden durch quantitative Simulationen mittels hauseigenem abTEM code unterstützt.
Abstract
(Englisch)
Manipulation of single atoms in a scanning transmission electron microscope requires a stable stage to accurately target irradiation at a chosen atom. This is done by parking the electron beam at a desired position. However, despite the industry-leading stability of the Nion microscope, drift of the stage is difficult to eliminate completely. With ideal values of 0.5 Å per minute, the sample constantly moves relative to the electron beam. Furthermore, while the atom is irradiated, we currently cannot measure the drift. To be better able to automate STEM manipulation of impurity atoms in 2D materials, this drift must be monitored and corrected in real time. One possible way of achieving this is by monitoring the convergent beam electron diffraction pattern of the stationary beam during manipulation. In a crystal, the diffraction pattern is expected to be symmetrical if the beam is centered on a lattice atom. If the stage holding the sample moves relative to the beam, the diffraction pattern will change accordingly. Detecting this change may allow for a viable way of drift monitoring, even when the probe is stationary. In practice, this may require the use of a fast direct-electron detector, which are increasingly available for use in so-called 4D-STEM. The aim of this thesis is to analyze the effects of stage drift on the convergent beam electron diffraction pattern, and to find ways to incorporate this information into software used for the automation of atom manipulation. We perform experiments using an sCCD camera and the newly installed state-of-the-art Dectris ARINA direct-electron detector in the Vienna Nion UltraSTEM100. The experimental work is supported by quantitative simulations using the in-house abTEM code.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Graphen Rastertransmissionselektronenmikroskopie RTEM Niedrigdimensionale Materialien Zweidimensionale Materialien 2D Materialien Nanomaterialien Objekthalter-Drift Schwerpunkt Konvergentes Elektronenbeugungsbild Automatisierung
Schlagwörter
(Englisch)
Graphene Scanning transmission electron microscopy STEM Low-dimensional materials Two-dimensional Materials 2D Materials Nanomaterials Stage drift Center of Mass CoM Convergent beam electron diffraction CBED Automation
Autor*innen
Eugen Kozyrau
Haupttitel (Englisch)
Real-time drift compensation for focused electron irradiation
Paralleltitel (Deutsch)
Echtzeit-Drift Korrektur für fokussierte Elektronenstrahlung
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
94 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Toma Susi
AC Nummer
AC17739435
Utheses ID
78295
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |