Simulación EBSD¶

El Simulador EBSD simula los patrones de difracción de electrones retrodispersados (EBSD) —patrones de Kikuchi— obtenidos en un microscopio electrónico de barrido (SEM), mediante cálculos de teoría dinámica. Calcula la distribución angular/energética/de profundidad de los electrones retrodispersados (BSE) mediante una simulación de Monte-Carlo, construye un master pattern dinámico (de ondas de Bloch) del cristal y lo proyecta sobre el detector para la orientación actual del cristal. También puede cargarse una imagen EBSD experimental e indexarla: la orientación que mejor la explica se busca automáticamente (Imagen experimental).

La ventana tiene tres columnas.

Izquierda : condiciones de simulación. Las pestañas seleccionan Geometría (geometría de muestra/detector y una vista 3D), Distribución BSE (distribuciones de electrones retrodispersados) y Superposiciones (líneas de Kikuchi y otras anotaciones).
Centro : el patrón EBSD (de Kikuchi) para la orientación actual del cristal. Debajo, las pestañas seleccionan Parámetros de salida e Imagen experimental.
Derecha : el master pattern independiente de la orientación, en las pestañas 2D y 3D.

La barra de estado inferior muestra el progreso del cálculo en curso y un resumen de su resultado.

Atajos de teclado y ratón¶

La vista central del patrón EBSD (de Kikuchi) y las vistas del master pattern de la derecha responden a acciones de ratón diferentes.

Atajo	Acción
`F1`	Abrir esta página del manual en línea
Arrastrar con el botón izquierdo el patrón cerca del centro	Inclinar el cristal
Arrastrar con el botón izquierdo la zona exterior del patrón	Girar el cristal
Doble clic sobre el patrón	Seleccionar la subcelda del detector bajo el cursor y mostrar su estadística
Soltar un archivo de imagen sobre la ventana	Cargarlo como imagen EBSD experimental
Arrastrar con el botón izquierdo una vista 3D (geometría / esfera maestra)	Rotarla
Arrastrar con el botón derecho, o rueda del ratón, sobre una vista 3D	Zoom
`CTRL` + doble clic derecho sobre una vista 3D	Alternar ortográfica / perspectiva
Arrastrar / rueda sobre el master pattern 2D	Desplazar / hacer zoom en la imagen

Las vistas 3D usan la navegación de vista estándar de ReciPro (desplazamiento desactivado).

→ Consulte 21. Atajos de teclado y ratón para una visión general de cada ventana.

Flujo de trabajo¶

Al pulsar Crear patrón maestro se ejecutan en orden los siguientes pasos.

Simulación BSE de Monte-Carlo : usando la composición, densidad, voltaje de aceleración e inclinación de la muestra actuales del cristal, se siguen unos 2,5 millones de electrones dentro de la muestra (dispersión elástica: secciones eficaces de Mott/NIST; dispersión inelástica: modelo de respuesta dieléctrica). Esto produce la distribución conjunta de profundidad de penetración × dirección de salida × energía de salida de los electrones retrodispersados.
Selección automática de rango : a partir de esa distribución, se fijan automáticamente el rango de energía (desde la energía incidente hasta aproximadamente el percentil 95 de pérdida de energía) y el rango de profundidad usados en el cálculo dinámico. Aquí la profundidad es el espesor del master pattern, es decir, la longitud de trayectoria medida a lo largo de la dirección de salida (profundidad de la fuente ÷ cos χ, donde χ es el ángulo entre la dirección de salida y la normal a la superficie de la muestra). El rango de profundidad llega hasta el percentil 99,9 de esa longitud de trayectoria para los electrones que alcanzan el detector (redondeado hacia arriba a dos cifras significativas) y se divide en 40 pasos desiguales, más finos cerca de la superficie.
Construcción del master pattern : para cada energía y profundidad se resuelve el problema de difracción dinámica (ondas de Bloch) y se integra sobre la esfera de direcciones, ponderado por la distribución de Monte-Carlo, para dar la intensidad de difracción de retrodispersión en cada dirección. El resultado se almacena en una rejilla de igual área (Roşca–Lambert).
Proyección sobre el detector, con ponderación : para la orientación actual del cristal, la intensidad de la dirección subtendida por cada píxel del detector se consulta en el master pattern y se dibuja como el patrón de Kikuchi, opcionalmente ponderada por la distribución angular/energética de los BSE.

Los rangos de energía y profundidad se fijan automáticamente en los pasos 1–2, pero pueden ajustarse manualmente antes de construir.

Geometría¶

Condiciones de SEM & muestra¶

Energy : voltaje de aceleración del haz incidente (keV).
Wavelength : longitud de onda del electrón, vinculada a Energy. Unit selecciona Å o nm.
Sample tilt : ángulo de inclinación de la muestra (típicamente −70°). La gran inclinación en EBSD aumenta el rendimiento de electrones retrodispersados.

Geometría EBSD¶

El detector (pantalla de fósforo) es un rectángulo definido por un número de píxeles y un tamaño de píxel.

Tamaño e inclinación : Tilt es la inclinación del plano del detector (°); Width y Height son el número de píxeles del detector.
Resolución : el tamaño físico de un píxel del detector (mm/px). Por tanto, el tamaño físico del detector es Width × Resolución por Height × Resolución.
Coordenadas del centro del detector : posición X, Y, Z del centro del detector relativa al punto de impacto del haz (mm). Y y Z, junto con la inclinación, determinan la longitud de cámara; X es el desplazamiento izquierda-derecha.

Al cargar una imagen experimental, Width y Height se ajustan al tamaño de la imagen, de modo que un píxel del detector corresponde a un píxel de la imagen (la Resolución no cambia).

La geometría puede inspeccionarse en la vista 3D de la pestaña Geometría.

La placa gris es la muestra, la placa rectangular verde es el detector y el +Z (=beam) violeta es el haz incidente. También se muestran los ejes a / b / c del cristal (fijos a la muestra). Los botones Vista de pájaro, Normal a la superficie, Eje X (eje de rotación) y Eje Z (dirección del haz) ajustan la vista a direcciones estándar. Consulte el Apéndice A1. Sistemas de coordenadas para las definiciones del sistema de coordenadas.

Distribución BSE¶

La pestaña Distribución BSE muestra las distribuciones de Monte-Carlo de los electrones retrodispersados. Use Simular para recalcularlas.

Stereonet : distribución angular (histograma de las direcciones de salida) de los electrones retrodispersados. El centro es la dirección de la normal a la superficie, y el contorno amarillo marca la región rectangular subtendida por el detector. Dibujar ejes superpone los ejes del cristal, y la escala de color (Min / Max, Resolution, Color) es ajustable.
ΔE (keV) : distribución de pérdida de energía de los electrones retrodispersados.
Profundidad (nm) : distribución de la profundidad a la que los electrones retrodispersados detectados sufrieron su última dispersión inelástica, la misma definición de profundidad que pondera el master pattern.

Estas distribuciones se calculan con el mismo motor de Monte-Carlo que Trayectorias electrónicas y se usan para ponderar el master pattern.

Superposiciones¶

La pestaña Superposiciones configura las anotaciones dibujadas sobre el patrón EBSD.

Background color : color de fondo.
Contorno del detector : el contorno del detector. Mostrar marco (el rectángulo amarillo en el borde del detector) / Mostrar malla (rejilla de división).
Mostrar líneas de Kikuchi : dibujar líneas de Kikuchi. Anchura de línea / Color, y Aplicar factores de estructura a la intensidad de las líneas de Kikuchi (cada línea se funde con el fondo en proporción a su factor de estructura).
Criterios de líneas de Kikuchi : qué líneas de Kikuchi dibujar: Factor de estructura (las Top N por factor de estructura) o Corte 1/d (aquellas con 1/d por debajo de un umbral, nm⁻¹).
Mostrar índices de líneas de Kikuchi : mostrar los índices de las líneas de Kikuchi (bandas).
Mostrar índices de ejes de zona : mostrar los índices de eje de zona.
Ajustes de texto : Tamaño de texto / Color de las etiquetas de índices.

Patrón maestro¶

El master pattern es la intensidad de difracción de retrodispersión sobre todas las direcciones, calculada de antemano por la teoría dinámica con Crear patrón maestro (Detener interrumpe el cálculo en curso).

Pestaña 2D : proyección de igual área (de Lambert) de un hemisferio. Hemisferio selecciona el hemisferio proyectado (+Z / −Z).
Pestaña 3D : una esfera con la intensidad mapeada sobre ella. Puede rotarse con el ratón, y un recuadro en la parte superior izquierda muestra los ejes del cristal sincronizados (a/b/c). Etiquetas de ejes / Flechas de ejes alternan las etiquetas/flechas, y Ver según mira a lo largo del eje de zona [u v w] introducido al lado.
Deslizadores Energy / Depth : seleccionan la rebanada de energía/profundidad de la vista previa.
Cualquiera de las vistas puede enviarse al portapapeles con Copiar.
Guardar vídeo (pestaña 3D) : guarda un vídeo (MP4) del master pattern esférico en rotación. La dirección de rotación, la velocidad, la duración, los fps y la calidad se ajustan en el mismo cuadro de diálogo «Movie setting» que en el Visor de estructura. Solo gira esta vista 3D; la orientación del cristal (los ángulos de Euler de la ventana principal) no cambia.

Parámetros de simulación dinámica¶

Number of diffracted waves : número de haces (ondas) difractados incluidos en el cálculo de ondas de Bloch. Más ondas son más precisas pero más lentas.
Rejilla : resolución de la rejilla del master pattern (píxeles por lado, 64–8192; predeterminado 256). 4096 y 8192 requieren una cantidad enorme de memoria para los datos intermedios (con las 16 energías × 40 profundidades predeterminadas, unos 344 GB con 4096 y 1374 GB con 8192; ya unos 86 GB con 2048), por lo que hay que reducir drásticamente el número de pasos de energía y profundidad para que resulten utilizables. Si se agota la memoria, el cálculo termina con «MasterPattern failed» (ReciPro sigue funcionando).
Energy from … to … with step of … : rango de energía y paso integrados (keV); fijado automáticamente a partir del resultado de Monte-Carlo.
Thickness from … to … with step of … : rango de profundidad y paso integrados (nm); fijado igualmente de forma automática. Las profundidades automáticas no están equiespaciadas, por lo que las casillas muestran como referencia el punto menos profundo, el extremo superior y el primer intervalo; al editar una casilla a mano se pasa a profundidades equiespaciadas con esos valores.
Absorción no local : usar la forma de absorción no local.
Fuente no local : sustituye la fuente de retrodispersión localizada en los sitios atómicos por la forma no local del potencial absorbente (U'_back integrado sobre el hemisferio posterior). Ambas usan la misma sección eficaz física: es un cambio de modelo, no un fondo aditivo.
Profundidad de la fuente (MC) : qué evento Monte Carlo define la profundidad de la fuente coherente de retrodispersión usada en la ponderación (energía × profundidad): el último evento inelástico (predeterminado), el último evento de transporte de cualquier tipo o la última decoherencia. En este último caso un evento reinicia la fuente solo si está suficientemente localizado para dejar en la muestra información de qué átomo dispersó: los elásticos con la probabilidad térmico-difusa 1 − exp(−2B s²) del factor de Debye–Waller (la dispersión de Bragg coherente no), los inelásticos siempre para excitaciones de capa interna o alta pérdida y, para excitaciones de valencia, solo con la fracción cuya transferencia de momento supera el corte plasmónico q_c = ω_p/v_F (plasmones y pares electrón–hueco deslocalizados conservan el estado de Bloch). Las fuentes más superficiales llevan menos modulación de Kikuchi, así que la última opción fija el fondo difuso solo con el transporte, sin parámetro libre. Cambiarla solo reagrupa los electrones guardados, sin repetir el Monte Carlo.
El contraste cae con la pérdida de energía (activado por defecto; E_c = 0,8 keV con gaussiana asimétrica y 0,9 keV con histograma + A por electrón) : escala el contraste de Kikuchi de cada lámina de energía por A(E) = exp(−(E0 − E)/E_c), donde E0 es la energía del haz y E la energía de salida, y pasa la parte perdida a un pedestal plano promediado en dirección, de modo que el brillo sin contraste de bandas no cambia. Los pesos de Monte Carlo cuentan cada electrón retrodispersado, pero los electrones que han perdido mucha energía apenas llevan contraste de Kikuchi nítido; sin esta corrección cada lámina lleva el contraste completo y las bandas salen alrededor de un 12 % más anchas que para electrones monocromáticos a E0 (Si, 20 kV). E_c es un parámetro efectivo, no una constante del material; valores menores dan una atenuación más fuerte. El valor por defecto de 0,8 keV para la gaussiana asimétrica se basa en una calibración, con las condiciones de cálculo originales, a los anchos de banda de un patrón medido de Si a 20 kV (conjunto de datos Si004; cociente de longitud de onda efectiva α ≈ 1.017). Los valores calibrados dependen del material y de las reflexiones usadas; para la botallackita se obtuvieron unos 0.43–0.71 keV según la selección de reflexiones. Para comparaciones cuantitativas de anchos de banda, recalibre E_c cuando cambien la rejilla de energía/profundidad, el método de síntesis o la medida de evaluación. Cambiarlo solo vuelve a ponderar las láminas existentes, sin recalcular el master pattern ni el Monte Carlo.
Capa amorfa superficial : espesor (nm) de una capa superficial no cristalina (óxido nativo, contaminación, daño de pulido o de adelgazamiento iónico). Los electrones cuya fuente coherente de retrodispersión está dentro de la capa no llevan modulación de Kikuchi y se añaden como contribución uniforme promediada en dirección con la misma intensidad por electrón; las fuentes bajo la capa se miden desde la superficie del cristal. El transporte se calcula con la composición y densidad del cristal, suficiente para pocos nm. 0 lo desactiva; cambiarlo solo reagrupa los electrones guardados, sin repetir el Monte Carlo.
Ponderar por respuesta del fósforo (activo por defecto, E_dead = 2 keV) : pondera cada electrón Monte Carlo por el rendimiento luminoso de una pantalla de fósforo, φ(E) = max(0, E − E_dead), en lugar de contar cada electrón una vez. Los electrones de mayor energía salen de la muestra inclinada más hacia adelante, por lo que la ponderación reduce el gradiente de intensidad de arriba abajo del patrón (para Si a 20 kV de unos 2,5 a 1,7 a lo largo del detector) y atenúa ligeramente los ejes de zona. Se aplica al binning en el plano del detector y a la distribución de energía por bin; al cambiarlo se re-agrupan los electrones guardados sin repetir el Monte Carlo. Desactívelo para un detector directo que cuenta electrones. E_dead es la energía de capa muerta (umbral) del fósforo; valores típicos 0–3 keV para una pantalla P43 con recubrimiento de aluminio.
Distribución de energía desde histograma MC (desactivado por defecto) : construye la distribución de energía de salida de cada bin de dirección a partir del histograma Monte Carlo en bruto (ponderado por φ, repartido linealmente entre las dos rebanadas de energía vecinas del patrón maestro) en lugar de una gaussiana asimétrica ajustada a la media y a las dispersiones de cada lado. La gaussiana subestima el pico cerca de la energía del haz en un factor 2–3, lo que hace que las bandas parezcan más anchas. Al activarlo, la A(E) de El contraste cae con la pérdida de energía también se aplica a cada electrón con su propia energía de salida antes de repartirlo entre las rebanadas de energía, en lugar de evaluarse en las energías de las rebanadas. En el modo de histograma + A por electrón, mientras no se edite E_c se cambia al valor provisional de 0,9 keV, obtenido de la mediana de anchuras de 18 bandas fijas de Si004 a 20 kV; otras medidas (por ejemplo, la correlación de toda la imagen) dan valores distintos. Tras editar E_c, el valor introducido se conserva al cambiar la distribución. Al cambiarlo se reagrupan los electrones guardados sin repetir el Monte Carlo.
Reinyectar flujo absorbido como fondo (desactivado por defecto) : en el cálculo de ondas de Bloch, los electrones que la absorción (dispersión térmica difusa) retira del canal coherente desaparecen, aunque físicamente siguen llegando al detector sin modulación de Kikuchi. Esta opción los devuelve como fondo difuso D(t) = Σσ_n ∫(1 − N(z))dz (N(z) = densidad de la onda coherente promediada en la celda), conservando el flujo. Las intensidades absolutas aumentan (a 20 kV, un 10 % en Si y un 25 % en Fe₃O₄); el brillo relativo de los ejes de zona cambia poco y depende del cristal, porque el flujo reinyectado sigue perteneciendo a la misma dirección de salida. Sin efecto si los parámetros de desplazamiento atómico son cero (sin absorción); asigne B a esos cristales.

Patrón EBSD¶

El panel central muestra el patrón EBSD (de bandas de Kikuchi) para la orientación actual del cristal. La barra situada encima del patrón controla qué se dibuja y cómo se copia.

EBSD dinámico : proyecta el master pattern construido sobre el detector; sin marcar sólo queda el fondo.
Superposiciones : dibuja las líneas de Kikuchi, los índices y el contorno del detector configurados en la pestaña Superposiciones.
Imagen experimental : superpone la imagen experimental cargada (véase más abajo).
Invertir I-D : refleja el patrón y todas sus superposiciones de izquierda a derecha. Sin marcar (opción predeterminada) es la vista desde el detector hacia la muestra, es decir, el patrón tal como lo registra una cámara EBSD; márquelo sólo si su imagen experimental tiene la quiralidad opuesta.
Resolution (mm/px) y Size (W×H) (px) : resolución y tamaño de la vista mostrada.
Guardar : guarda el patrón en un archivo con el rango y la resolución seleccionados al lado. El formato (PNG / TIFF / EMF) se elige en el cuadro de diálogo de guardado.
Pattern values (*.csv) escribe, en lugar de una imagen, las intensidades sin procesar en la rejilla de píxeles del detector.
Un TIFF se escribe en escala de grises de 16 bits (sin cuantizar a 256 niveles) cuando el rango es Detector, se muestra EBSD dinámico y no se muestra Imagen experimental. En ese caso las Superposiciones se omiten sea cual sea su casilla, y los valores de píxel son el patrón asignado linealmente desde su propio mínimo–máximo a 0–65535 (el mínimo y el máximo usados se indican en la barra de estado; use la exportación csv si necesita valores absolutos).
Copiar : copia el patrón al portapapeles con el rango y el formato seleccionados al lado.
Vista actual copia el área mostrada actualmente (con su desplazamiento y zoom); Detector copia sólo el área del detector, en cuyo caso se omite el marco amarillo para que la imagen termine exactamente en el borde del detector.
emf copia un metarchivo mejorado (Enhanced Metafile), conservando las líneas de Kikuchi y las etiquetas de índices como vectores; bmp rasteriza todo.
Ajustar a la resolución del detector copia con un píxel de imagen por píxel de detector (el lado mayor se limita a 4096 px). Sin marcar se usa la resolución en pantalla.

Parámetros de salida¶

Mostrar imagen con distribuciones angulares/de energía de BSE : cuando está marcado, el patrón se compone ponderando con la distribución BSE (energía, profundidad, dirección) en lugar de una sola rebanada.
Energy / Depth : cuando lo anterior está desactivado, selecciona la rebanada de energía/profundidad a mostrar.
Brillo (Min / Max), Contraste, Polaridad, Color : los puntos de negro y de blanco del patrón simulado como porcentaje del rango de visualización (deslizadores lineales), la anchura de ese rango, su polaridad y la escala de color. Con Contraste 0 el rango de visualización coincide con el rango de intensidad del propio patrón; -1 lo ensancha diez veces (contraste diez veces menor) y +1 lo reduce a una décima parte, manteniendo fijo el centro.
Aplanar el fondo (FWHM, px; desactivado por defecto, 100 px) : resta al patrón simulado una copia desenfocada con una gaussiana, eliminando la distribución de brillo de variación lenta para poder comparar bandas y ejes de zona con un patrón experimental corregido de fondo. La anchura a media altura se da en píxeles del detector y no depende del zoom. Afecta a la imagen mostrada y a la exportación PNG/TIFF; la exportación CSV conserva los valores brutos.

Imagen experimental¶

Suelte un archivo de imagen EBSD (TIFF, PNG, BMP o JPEG; los TIFF de 16 bits se leen con toda su profundidad) en cualquier punto de la ventana para cargarlo como patrón experimental. Se dibuja sobre el área del detector —encima del patrón simulado y debajo de las superposiciones de líneas de Kikuchi—, de modo que la simulación puede compararse directamente con la medida. Al cargar la imagen también se ajustan Width y Height del detector al tamaño de la imagen.

Brillo (Min / Max), Contraste : los puntos de negro y de blanco de la imagen superpuesta como porcentaje de su rango de visualización, y la anchura de ese rango (deslizadores lineales, con el mismo criterio que para el patrón simulado). Actúan sólo sobre la imagen experimental.
Aplanar el fondo (FWHM, px; desactivado por defecto, 100 px) : resta a la imagen experimental una copia desenfocada con una gaussiana, eliminando su distribución de brillo de variación lenta. Los deslizadores de intensidad actúan entonces sobre los valores aplanados.
Ajustar a la imagen : ajusta Min, Max y Contraste del patrón simulado para que sus niveles de intensidad del 2 % y del 98 % se muestren con el mismo gris que los de la imagen experimental. El ajuste usa percentiles, por lo que no depende de la solución de orientación y es insensible a un pedestal o a unos pocos píxeles brillantes de ejes de zona. Polaridad, Color y los dos ajustes de Aplanar el fondo no se modifican, así que aplane ambos lados o ninguno antes de pulsarlo.
Opacidad : opacidad de la imagen superpuesta, de 0 (invisible) a 100 % (opaca). Redúzcala para ver el patrón simulado debajo.

A continuación, la orientación que explica la imagen se busca con uno de los dos motores.

Búsqueda Radon : compara plantillas cinemáticas de bandas de Kikuchi con el mapa de Radon (detección de rectas) de la imagen experimental. Funciona sin master pattern; si existe uno, los candidatos se reordenan mediante una ZNCC robusta (correlación cruzada normalizada de media cero) frente al patrón simulado.
Búsqueda por diccionario : genera patrones de diccionario a partir del master pattern dinámico para todas las orientaciones y los compara todos mediante ZNCC robusta. Requiere el master pattern y tarda unos segundos, pero es más fiable que la búsqueda Radon.

Buscar candidatos de orientación ejecuta el motor seleccionado y lista hasta 10 candidatos, del mejor al peor; si hay un master pattern disponible, el mejor candidato se refina hasta ±0,25°. Las columnas son:

Columna	Significado
#	Rango (0 = el mejor)
Score	Valor z de la evidencia de bandas de Radon
Bands	Bandas emparejadas / bandas predichas en el campo de visión
ZNCC	Correlación con el patrón simulado
Strong bands (hkl)	Índices de las bandas emparejadas (sólo búsqueda Radon)

Al hacer clic en una fila, esa orientación se aplica a todo el programa: el patrón simulado se vuelve a dibujar sobre el experimental y la orientación del cristal de las demás ventanas la sigue.

Calibrar geometría refina la geometría del detector —centro del patrón (PC) y distancia del detector (DD)— alternándola con la orientación, maximizando la ZNCC entre los patrones simulado y experimental. Requiere el master pattern, mantiene fija la inclinación del detector y reescribe el resultado en los campos Coordenadas del centro del detector X/Y/Z. Como el barrido del haz de un SEM desplaza el centro del patrón sólo una fracción de milímetro, normalmente basta con una calibración al comienzo del experimento para toda una serie de imágenes.

Véase también¶

Trayectorias electrónicas — simulación de Monte-Carlo de trayectorias electrónicas / BSE usada para la ponderación angular/energética/de profundidad.
Simulador de difracción — difracción electrónica dinámica (de ondas de Bloch).
Apéndice A1. Sistemas de coordenadas — definiciones de los sistemas de coordenadas de muestra/detector.