Simulação HRTEM¶

A simulação HRTEM (High-Resolution Transmission Electron Microscopy) calcula imagens de franjas de rede de TEM de alta resolução. É o modo principal do Simulador HRTEM/STEM.

Esta página aborda todas as configurações que aparecem no lado direito quando Modo de imagem = HRTEM. Para os controles do lado esquerdo — exibição do resultado e ajuste do brilho — consulte a página de visão geral.

Visão geral¶

Uma imagem HRTEM se forma quando a onda eletrônica transmitida pela amostra é projetada sob a influência das aberrações da lente objetiva. O ReciPro calcula a propagação da onda eletrônica dentro da amostra pelo método de ondas de Bloch (cálculo dinâmico) e gera a imagem HRTEM por meio da função de transferência de contraste de fase (PCTF).

Fluxo de cálculo¶

Método de ondas de Bloch: calcula a propagação da onda eletrônica no potencial do cristal e obtém a amplitude e a fase da onda de saída
Função da lente: aplica as aberrações da lente objetiva (aberração esférica \(C_s\), desfoco \(\Delta f\))
Coerência parcial: leva em conta o tamanho finito da fonte (coerência espacial) e a flutuação de energia (coerência temporal)
Formação da imagem: calcula a distribuição de intensidade \(|\psi(\mathbf{r})|^2\)

Para a teoria, consulte o Apêndice A3.2 — Formação da imagem HRTEM.

Amostra¶

Espessura : espessura da amostra (nm). As imagens HRTEM dependem fortemente da espessura. No modo Imagem em série este valor é ignorado e, em seu lugar, é usada a lista de espessuras descrita abaixo.

Condições TEM¶

Define as condições de imagem da lente objetiva.

Parâmetro	Descrição	Padrão / típico
Tensão de acel. (kV)	Tensão de aceleração. O comprimento de onda do elétron corrigido relativisticamente é exibido à direita	200 kV
Desfoco Δf	Desfoco da lente objetiva (nm). O valor de referência do Desfoco de Scherzer é exibido abaixo	−57.8 nm
Cs	Coeficiente de aberração esférica (mm). Afeta a CTF e o desfoco de Scherzer	0.5–1.0 (convencional), < 0.01 (corrigido por Cs)
Cc	Coeficiente de aberração cromática (mm). Determina o borramento da imagem causado pela dispersão de energia	1.0–2.0 mm
β	Semiângulo de iluminação (mrad). Representa o efeito do tamanho finito da fonte (coerência espacial)	0.1–1.0 mrad
ΔV	Largura a meia altura da dispersão de energia dos elétrons (eV). Junto com Cc, determina a dispersão de foco devida à aberração cromática	0.5–2.0 eV

Menu de clique direito: no painel Condições TEM é possível aplicar com um único clique Definir todas as aberrações como zero / Definir desfoco com o valor de Scherzer / Definir desfoco como 0 nm. Predefinições de condições (300kV ARM300F, 200kV 2100F etc.) estão disponíveis em Predefinições, no canto inferior esquerdo.

Desfoco de Scherzer¶

O valor de desfoco próximo do qual o contraste de fase é ótimo, calculado a partir do comprimento de onda atual e da aberração esférica \(C_s\) (exibido como referência).

\[\Delta f_{\text{Scherzer}} = -\sqrt{\tfrac{4}{3}\,C_s \lambda}\quad\left(\approx -1.155\,\sqrt{C_s \lambda}\right)\]

Nessa condição a PCTF é negativa em uma ampla faixa de frequências espaciais, de modo que as posições atômicas aparecem com contraste escuro. O ReciPro adota este valor original de Scherzer (derivado ao fixar o mínimo da fase de aberração \(\chi\) em \(-2\pi/3\)), e o valor exibido na GUI segue esta fórmula. Observe que algumas referências usam, em vez disso, o valor de Scherzer estendido \(-1.2\sqrt{C_s\lambda}\), que alarga ainda mais a banda de transferência.

Função da lente / Função de transferência de contraste (CTF)¶

Marcar Função de transferência de contraste (CTF) abre uma janela que traça como as aberrações da lente e o desfoco transferem o contraste da imagem em cada frequência espacial.

\(\sin\chi(u)\) : função de transferência de contraste de fase (\(\chi(u)\) é a função de aberração da lente)
\(E_\text{s}(u)\) : função envelope de coerência espacial; o amortecimento devido ao tamanho finito da fonte (\(\beta\))
\(E_\text{c}(u)\) : função envelope de coerência temporal; o amortecimento devido à flutuação de energia (\(C_c\), \(\Delta V\))

Alterar o limite superior do eixo horizontal \(u\) (frequência espacial) altera a faixa traçada.

Abertura da objetiva (opção HRTEM)¶

Restringe as ondas difratadas que passam pela abertura da objetiva. O número de ondas difratadas cortadas pela abertura também altera o número de pontos incluídos no cálculo de ondas de Bloch (o limite superior é o número máximo de ondas de Bloch definido em Ondas).

Tamanho : semiângulo da abertura da objetiva (mrad). Quanto menor, mais ondas difratadas de alto ângulo são cortadas e mais suaves ficam os detalhes de alta resolução. O raio equivalente no espaço recíproco \(\sin\theta/\lambda\) (nm⁻¹) é exibido.
Deslocamento X / Y : deslocamento do centro da abertura da objetiva (mrad). Usado para imagens de campo escuro e com feixe inclinado.
Abertura aberta : abre a abertura da objetiva (infinita), de modo que todas as ondas difratadas sejam usadas na formação da imagem.
reflexões dentro : o número de feixes difratados (pontos) que caem dentro da abertura (somente leitura).
Info da reflexão : abre uma tabela que lista os feixes difratados dentro da abertura (intensidade, amplitude complexa etc.).

O tamanho da abertura da objetiva também é exibido no Simulador de difração.

Opções HRTEM (modelo de coerência parcial)¶

Seleciona o modelo de interferência usado ao integrar as contribuições de todas as direções do feixe incidente.

Imagem linear : computacionalmente barato. Adequado a amostras finas em que vale a aproximação de objeto de fase fraca; multiplica a PCTF pelos envelopes de coerência espacial e temporal.
Coef. cruz. de transm. (coeficiente de transmissão cruzada) : computacionalmente caro, porém mais preciso. Integra o coeficiente de transmissão cruzada completo e é o modelo a usar para espalhadores fortes que excitam muitas ondas difratadas intensas.

Para mais detalhes, consulte o Apêndice A3.2 — Formação da imagem HRTEM.

Modo único/série¶

Imagem única : calcula uma imagem HRTEM na espessura e no desfoco atuais.
Imagem em série : gera um conjunto de imagens variando a espessura e o desfoco passo a passo (uma série em espessura / em foco). Útil para encontrar a condição que melhor corresponde a uma imagem experimental.

Para uma imagem em série, defina o seguinte.

Item	Descrição
Espessura (nm) / Desfoco (nm)	Qual grandeza varrer (ambas são permitidas)
Start / Passo / Núm	Valor inicial, largura do passo e número de imagens. São expandidos na caixa de lista abaixo, que também pode ser editada diretamente
Direção horizontal:	Quando espessura e desfoco são varridos, a grandeza disposta na direção horizontal da grade (Desfoco ou Espessura)

Varrer espessura e desfoco produz uma matriz de imagens linhas × colunas.

Propriedades da imagem¶

Tamanho (L×A) : número de pixels da imagem simulada (512×512 por padrão).
Resolução : resolução de amostragem (pm/px). Um valor menor resolve franjas de rede mais finas, mas o tempo de FFT cresce proporcionalmente.

Ondas¶

Número máximo de ondas de Bloch usadas no método de Bethe (cálculo dinâmico), 80 por padrão. Um número maior melhora a precisão, mas o problema de autovalores leva um tempo \(O(N^3)\) para ser resolvido.