電子飛程 (Electron Trajectory)¶

電子飛程シミュレータ (Monte Carlo Method) は、試料内部の電子の軌跡を モンテカルロ法 で計算します。入射電子は弾性・非弾性散乱を受け、後方散乱電子 (BSE) の分布 — 方位・脱出時のエネルギー・侵入深さ・表面平行方向の広がり — が集計されます。これらの分布は EBSDシミュレーションの方位・エネルギー・深さの重み付けにも利用されます。

ウィンドウは3列構成です。左が 3D の飛程表示、中央が 統計情報 と 後方散乱電子の方位分布 のステレオネット、右が3つの ヒストグラム です。試料の組成と密度はメインウィンドウで選択中の結晶から取られ、このウィンドウで設定するのはビームエネルギー・試料の傾き・飛程の本数だけです。

キーボード・マウスショートカット¶

電子の飛程は3D OpenGLビューに表示されます。ReciPro 標準のビュー操作ですが、平行移動は無効です — 標準的な視点へはビューのプリセットボタンで切り替えます。

ショートカット	動作
`F1`	このページのオンラインマニュアルを開く
左ドラッグ	モデルを回転
右ドラッグ上下、またはホイール	ズーム
`CTRL` ＋右ダブルクリック	正射投影／透視投影の切替

→ 全ウィンドウの一覧は 21. キーボード・マウスショートカット を参照。

計算条件¶

ウィンドウ上部のコントロールで計算の条件を決めます。

電子の軌跡を計算 : モンテカルロ計算を開始します。下部のステータスバーには、飛程計算・グラフ描画・3D描画それぞれの経過時間が別々に表示されます。
計算する飛程の総数 : 追跡する入射電子の本数。多いほど以下の各分布の統計ノイズは減りますが、計算時間は本数に比例して増えます。
サンプルの傾き (°) : X 軸まわりの試料表面の傾き。垂直入射なら 0 のままにします。EBSDシミュレータと同じ配置を再現するときは −70° にします (大きく傾けると後方散乱電子の収率が上がるため)。
Energy (keV) / Wavelength / Unit : 入射電子線の加速電圧と、それに連動した相対論補正済みの電子波長。このエネルギーが、弾性散乱 (NIST Mott) と非弾性散乱 (阻止能・IMFP) の両方の運動エネルギーになります。

散乱モデル自体はユーザーが選ぶものではありません。弾性散乱断面積は同梱の NIST Mott 表 (適用範囲外では遮蔽 Rutherford にフォールバック)、阻止能は Jablonski (2008) の修正形を使います。実際に使われたモデル名は 統計情報 の各値の隣に表示されます。各モデルの中身は減衰・輸送を参照してください。

3D の飛程表示¶

赤い軌跡は試料内で吸収された電子、橙色の軌跡は後方散乱電子として脱出した電子です。同心のガイド円には nm (または µm) の目盛りが付き、+X・+Y・+Z (=beam) が座標軸を示します。

From Z-axis (=beam direction) / From X-axis (rotation axis) / From the surface normal : 視点を標準的な方向 (ビーム方向・回転軸方向・表面法線方向) へ切り替えます。この3つのボタンだけは日本語UIでも英語表示です。
描画する飛程の数 : 計算した軌跡のうち何本を描くか (10万本すべてを描くと読めず、描画も遅くなります)。
軸を描画 / ガイド円を描画 : 座標軸の矢印と距離の目盛り。
試料内で吸収された電子の飛程を描画 : 脱出せずに終わった電子も描きます。
試料から脱出した電子(後方散乱電子)を描画 : 後方散乱電子が表面から出たあとの経路も続けて描きます。

統計情報¶

現在のビームエネルギーにおける値です。各値の隣には、それを与えたモデル名が括弧書きで表示されます。

総散乱断面積 (σ_E) (nm²) — 原子1個あたりの全弾性散乱断面積。
弾性平均自由行程 (λ) (nm) — 弾性散乱から次の弾性散乱までの平均距離。
阻止能 (dE/ds) (eV/nm、負値) — 単位経路長あたりに失うエネルギー。
後方散乱電子係数, η (%) — 入射電子のうち入射面から再び出ていく割合。BSE 像のコントラストの源になる量です。
後方散乱電子の平均エネルギー (keV) — 後方散乱電子が脱出する瞬間の平均エネルギー。

後方散乱電子の方位分布¶

後方散乱電子の角度分布を、中心が表面法線方向のステレオネット上に描きます。

頻度 / 平均エネルギー / エネルギーの標準偏差 : 色に対応させる量。各方向へ出ていく電子の数、その平均エネルギー、あるいはエネルギーのばらつきです。
軸方向を描画 : +X / ±Y / ±Z の方向を重ねて表示します。
Min / Max・Resolution・Color : カラースケールの上下限、角度ヒストグラムのビンサイズ、カラーマップ。

ヒストグラム¶

後方散乱電子についての3つの分布で、いずれも面積が1になるよう正規化されています。

後方散乱電子の試料脱出時のエネルギー¶

後方散乱電子が試料から出る時点で まだ持っているエネルギー (keV) のヒストグラムです。エネルギー損失ではないことに注意してください。EBSD シミュレータはこれをマスターパターンのエネルギー積分の重みに使います。

後方散乱電子の飛程における表面平行な方向の最大距離¶

各後方散乱電子が脱出するまでに 表面に平行な方向へ どれだけ広がったか (nm) のヒストグラムです。相互作用体積の横方向の大きさにあたり、BSE 像や EBSD 測定の空間分解能の原理的な限界を与えます。

後方散乱電子の飛程における表面垂直な方向の最大距離 (深さ)¶

各後方散乱電子が脱出するまでに 表面に垂直な方向へ 到達した最大深さ (nm) のヒストグラムです。EBSD シミュレータはこれをマスターパターンの深さ積分の重みに使います。