Моделирование EBSD¶

Симулятор EBSD моделирует картины электронной обратнорассеянной дифракции (EBSD) — картины Кикучи, — получаемые в растровом электронном микроскопе (РЭМ), на основе расчётов по динамической теории. Он вычисляет угловое/энергетическое/глубинное распределение обратно рассеянных электронов (BSE) методом Монте-Карло, строит динамическую (блоховских волн) master pattern кристалла и проецирует её на детектор для текущей ориентации кристалла.

Окно состоит из трёх столбцов.

Слева : условия моделирования. Вкладки выбирают Геометрия (геометрия образца/детектора и 3D-вид), Распределение ОРЭ (распределения обратно рассеянных электронов) и Overlays (линии Кикучи и другие подписи).
По центру : картина EBSD (Кикучи) для текущей ориентации кристалла.
Справа : независимая от ориентации master pattern (2D-проекция и 3D-сфера).

Сочетания клавиш и мыши¶

Центральный вид картины EBSD (Кикучи) и расположенные справа виды master pattern реагируют на разные действия мыши.

Сочетание	Действие
`F1`	Открыть эту страницу онлайн-руководства
Перетаскивание картины левой кнопкой вблизи центра	Наклонить кристалл
Перетаскивание левой кнопкой во внешней области картины	Вращать кристалл
Двойной щелчок по картине	Выбрать подъячейку детектора под курсором и показать её статистику
Перетаскивание левой кнопкой в 3D-виде (геометрия / master-сфера)	Повернуть его
Перетаскивание правой кнопкой или колесо мыши в 3D-виде	Масштабирование
`CTRL` + двойной щелчок правой кнопкой в 3D-виде	Переключить ортографическую / перспективную проекцию
Перетаскивание / колесо на 2D master pattern	Панорамирование / масштабирование изображения

3D-виды используют стандартную навигацию по виду ReciPro (панорамирование отключено).

→ См. 21. Сочетания клавиш и мыши для обзора всех окон сразу.

Рабочий процесс¶

Нажатие Создать мастер-картину последовательно выполняет следующие шаги.

Монте-Карло-моделирование BSE : с использованием текущего состава кристалла, плотности, ускоряющего напряжения и наклона образца внутри образца отслеживается около 2,5 миллиона электронов (упругое рассеяние: сечения Мотта/NIST; неупругое рассеяние: модель диэлектрического отклика). Это даёт совместное распределение глубины проникновения × направления выхода × энергии выхода обратно рассеянных электронов.
Автоматический выбор диапазона : из этого распределения автоматически устанавливаются энергетический диапазон (от энергии падения примерно до 80-го процентиля потери энергии) и глубинный диапазон (примерно до 99-го процентиля глубины проникновения), используемые в динамическом расчёте.
Построение master pattern : для каждой энергии и глубины решается задача динамической дифракции (блоховских волн) и интегрируется по сфере направлений с весами из распределения Монте-Карло, чтобы получить интенсивность обратнорассеянной дифракции по каждому направлению. Результат сохраняется на равновеликой (Rosca–Lambert) сетке.
Проекция на детектор с весами : для текущей ориентации кристалла интенсивность для направления, охватываемого каждым пикселем детектора, находится в master pattern и отрисовывается как картина Кикучи, при необходимости взвешенная угловым/энергетическим распределением BSE.

Энергетический и глубинный диапазоны устанавливаются автоматически на шагах 1–2, но перед построением их можно скорректировать вручную.

Настройки РЭМ-EBSD¶

Условия РЭМ и образца¶

Energy : ускоряющее напряжение падающего пучка (keV).
Wavelength : длина волны электрона (Å), связана с Energy.
Наклон образца : угол наклона образца (обычно 70°). Большой наклон в EBSD увеличивает выход обратно рассеянных электронов.

Геометрия EBSD¶

Наклон детектора : наклон детектора (люминофорный экран).
Радиус детектора : радиус детектора (mm); задаёт угловое поле зрения отрисовываемой картины.
Центр детектора : положение (Y, Z) центра детектора относительно точки попадания пучка (mm).

Геометрию можно осмотреть в 3D-виде на вкладке Geometry.

Серая пластина — образец, зелёный цилиндр/конус — детектор, а фиолетовый +Z (=beam) — падающий пучок. Также показаны кристаллографические оси a / b / c (жёстко связанные с образцом). Кнопки Перспективный вид, Нормаль к поверхности, Ось X (ось вращения) и Ось Z (пучок) привязывают вид к стандартным направлениям. См. Приложение A1. Системы координат для определений систем координат.

Распределение BSE¶

Вкладка BSE Distribution показывает Монте-Карло-распределения обратно рассеянных электронов. Используйте Моделировать для их пересчёта.

Stereonet : угловое распределение (гистограмма направлений выхода) обратно рассеянных электронов. Центр — направление нормали к поверхности, а жёлто-оранжевый контур отмечает область, охватываемую детектором. Рисовать оси накладывает кристаллографические оси, а цветовая шкала (Min/Max, разрешение, цвет) настраивается.
ΔE (keV) : распределение потери энергии обратно рассеянных электронов.
Depth (nm) : распределение конечной глубины выхода обратно рассеянных электронов.

Эти распределения вычисляются тем же Монте-Карло-движком, что и в разделе Траектории электронов, и используются для взвешивания master pattern.

Overlays¶

Вкладка Overlays настраивает подписи, отрисовываемые на картине EBSD.

Цвет фона : цвет фона.
Контур детектора : контур детектора. Показать окружность (периметр) / Показать сетку (сетка).
Показать линии Кикучи : отрисовка линий Кикучи. Ширина линии / Цвет, а также Применить структурные факторы к интенсивности линий Кикучи.
Показать индексы линий Кикучи : показать индексы линий Кикучи (полос).
Показать индексы осей зон : показать индексы осей зон.
Критерии линий Кикучи : какие линии Кикучи отрисовывать: Структурный фактор (верхние N по структурному фактору) или Порог 1/d (те, у которых 1/d ниже порога).
Настройки текста : Размер текста / Цвет подписей индексов.

Мастер-картина¶

Master pattern — это интенсивность обратнорассеянной дифракции по всем направлениям, рассчитанная заранее по динамической теории с помощью Build Master Pattern.

2D-вид (слева) : равновеликая проекция полусферы. Hemisphere выбирает проецируемую полусферу (+Z / −Z).
3D-вид (справа) : сфера с отображённой на ней интенсивностью. Её можно вращать мышью, а вставка в правом верхнем углу показывает синхронизированные кристаллографические оси (a/b/c). Подписи осей / Стрелки осей переключают подписи/стрелки, а Вид вдоль смотрит вдоль выбранной оси зоны [u v w].
Min / Max, Polarity, Color : отображаемый диапазон интенсивности, полярность и цветовая шкала.
Ползунки Energy / Depth : выбор отображаемого энергетического/глубинного среза.
Любой вид можно отправить в буфер обмена с помощью Копировать.

Параметры динамического моделирования¶

Число дифрагированных волн : число дифрагированных пучков (волн), включённых в расчёт блоховских волн. Больше волн — точнее, но медленнее.
Grid : разрешение сетки master pattern (по умолчанию 256).
Energy from … to … with step of … : интегрируемый энергетический диапазон и шаг (keV); устанавливается автоматически из результата Монте-Карло.
Thickness from … to … with step of … : интегрируемый глубинный диапазон и шаг (nm); также устанавливается автоматически.
Использовать нелокальную модель поглощения : использовать нелокальную форму поглощения.
Учитывать фон ТДР : включить фон теплового диффузного рассеяния (TDS).

Картина EBSD¶

Центральная панель показывает картину EBSD (полос Кикучи) для текущей ориентации кристалла.

Показать динамическую картину EBSD (требуется мастер-картина) : проецирует построенную мастер-картину на детектор.
Показать наложения : отрисовывает наложения (ниже), такие как линии Кикучи и индексы.
Output parameters
Показать изображение с угловыми/энергетическими распределениями ОРЭ : если флажок установлен, картина составляется путём взвешивания распределением BSE (энергия, глубина, направление), а не одним срезом.
Energy / Depth : если предыдущая опция выключена, выбирает отображаемый энергетический/глубинный срез.
Brightness (Min/Max), Polarity, Color : диапазон яркости, полярность и цветовая шкала.
Копировать : копирует картину в буфер обмена.

См. также¶

Траектории электронов — Монте-Карло-моделирование траекторий электронов / BSE, используемое для углового/энергетического/глубинного взвешивания.
Симулятор дифракции — динамическая (блоховских волн) электронная дифракция.
Приложение A1. Системы координат — определения систем координат образца/детектора.