Optimal statistical experiment design for detecting and locating light atoms using quantitative high resolution (scanning) transmission electron microscopy

Datum: 13 februari 2017

Locatie: Campus Groenenborger, U0.24 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen (route: UAntwerpen, Campus Groenenborger)

Tijdstip: 16 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Fysica

Promovendus: Julie Gonnissen

Promotor: Sandra Van Aert & Jan Sijbers

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Julie Gonnissen - Faculteit Wetenschappen - Departement Fysica



Abstract

In het laatste decennium is de interesse in het in beeld brengen van lichte atomen zoals lithium en waterstof enorm gegroeid door hun belangrijke rol bij de ontwikkeling van nieuwe materialen die energie kunnen opslaan en bewaren. De optimalisatie van verschillende technieken binnen de transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) is dan ook erg belangrijk geworden voor zulke toepassingen. Het is echter enorm moeilijk om systemen bestaande uit lichte atomen in beeld te brengen en hun structuur en chemische compositie te kwantificeren op atomaire schaal, aangezien de interactie met de elektronenbundel verzwakt naarmate het atoom lichter wordt. Het hoofddoel van dit onderzoek bestond erin de experimentele opstelling van de elektronenmicroscoop te optimaliseren om nanostructuren bestaande uit lichte atomen te kunnen karakteriseren en dit gebruik makend van nieuwe technieken binnen de kwantitatieve tranmissie-elektronenmicroscopie.

Het doel is dan om de atomaire structuur vanuit experimentele beelden te kunnen bepalen voor nanokristallen bestaande uit lichte atomen. Een directe, kwalitatieve interpretatie van experimentele beelden leidt tot onbetrouwbare resultaten wanneer het verschil in atoomgetal Z van de aanwezige atoomkolommen klein is of wanneer de signaal-ruis verhouding van de beelden slecht is. Voor de chemische karakterisatie van systemen met lichte atomen is daarom het gebruik van kwantitatieve methoden noodzakelijk. Hiervoor wordt statistische parameterschattingstheorie toegepast in combinatie met detectietheorie, waarbij de geschatte parameters in deze thesis het atoomgetal, de posities van geprojecteerde atoomkolommen en het aantal atomen in een kolom zijn.

Het doel is uiteindelijk om de optimale experimentele proefopzet te vinden waarvoor de kans op het maken van een foute schatting minimaal is, of de haalbare precisie voor de geschatte parameters maximaal. Zowel conventionele TEM als Scanning TEM (STEM) zijn bestudeerd en vergeleken voor het detecteren en lokaliseren van lichte atomen, alsook voor het tellen van atomen in een geprojecteerde atoomkolom. Als praktische toepassing in het onderzoek naar technieken om nanostructuren bestaande uit lichte atomen kwantitatief te karakteriseren, is de lokale koppeling van de zuurstof-octaëders aan het raakvlak met heterogene perovskietstructuren in verschillende epitaxiale dunne films bepaald. Daarnaast is ook het raakvlak tussen twee domeinen in een LiNbO3 kristal onderzocht, waarbij de verschuiving van de atomen aan beide zijden van dit raakvlak, alsook de breedte van de overgang tussen de domeinen gekwantificeerd is met behulp van statistische parameterschattingstheorie.



Url: http://www.uantwerpen.be/wetenschappen