Quantitative atom detection from atomic-resolution transmission electron microscopy images

Datum: 18 september 2019

Locatie: Campus Groenenborger, T.129 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen (route: UAntwerpen, Campus Groenenborger)

Tijdstip: 16 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Fysica

Promovendus: Jarmo Fatermans

Promotor: Sandra Van Aert & Arjan den Dekker

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Jarmo Fatermans - Faculteit Wetenschappen, Departement Fysica



Abstract

Nanomaterialen ondervinden steeds meer wetenschappelijke interesse omdat hun precieze atomaire structuur kan leiden tot interessante en onverwachte fysische en chemische eigenschappen.  Door verschillende belangrijke ontwikkelingen in aberratie correctie technologie is transmissie elektronenmicroscopische beeldvorming uitgegroeid tot een uitstekende techniek om nanomaterialen te visualiseren met subangstrom resolutie met als doel hun eigenschappen te begrijpen.

Echter is het zo dat slechts een visuele interpretatie van elektronenmicroscopische beelden onvoldoende is om nauwkeurige structuurinformatie te bekomen. Om die reden is een kwantitatieve aanpak aanbevolen.  Een belangrijke veronderstelling hierbij is dat het aantal atoomkolommen in het beeld gekend is. Dit aantal kan visueel bepaald worden uit atomaire resolutie beelden van bundelstabiele materialen waarvoor een hoge inkomende elektronendosis kan gebruikt worden resulterend in een voldoende hoge signaal-ruisverhouding. Bundelgevoelige materialen en materialen bestaande uit lichte elementen daarentegen moeten belicht worden met een voldoende lage elektronendosis om schade door de elektronenbundel te voorkomen, wat geeft dat beelden van zulke materialen een lage signaal-ruisverhouding en laag contrast vertonen. In deze gevallen is een visuele bepaling van het aantal atoomkolommen niet eenduidig en kan leiden tot systematische fouten in de structuurbepaling.

Om dit probleem te overwinnen wordt een alternatieve, kwantitatieve methode voorgesteld die het aantal atoomkolommen bepaalt waarvoor er het meeste bewijs is in de beeldgegevens. Deze methode staat toe om atoomkolommen en zelfs individuele atomen te detecteren uit atomaire resolutie elektronenmicroscopische beelden op een automatische en objectieve manier. De geldigheid en bruikbaarheid van deze methode werd aangetoond door beelden te analyseren van nanomaterialen van verschillende vorm, grootte en atoomtype. Bovendien biedt de voorgestelde methode naast het detecteren van atoomkolommen uit elektronenmicroscopische beelden ook een manier aan om de relatie tussen beeldkwaliteitsmaten te evalueren. Daarenboven wordt een superieure prestatie voor het detecteren van het juiste aantal atoomkolommen geobserveerd in vergelijking met alternatieve detectietechnieken.

Samenvattend heeft de ontwikkeling van een nieuwe kwantitatieve methode in deze thesis kwantitatieve elektronenmicroscopie naar een meer objectieve interpretatie gebracht. De methode veralgemeent de karakterisatie van nanomaterialen op de atomaire schaal in elektronenmicroscopie met het oog op het bekomen van nauwkeurige structuurinformatie van een materiaal.



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