Crystal Diffraction (Симулятор дифракции)¶
Crystal Diffraction (Симулятор дифракции) моделирует монокристальные картины рентгеновской, нейтронной и электронной дифракции.
Окно содержит область построения дифракционной картины слева и справа — панели настройки свойств рефлексов (длина волны, падающий пучок, расчёт интенсивности, отображение и т. д.). Сочетание длины волны и падающего пучка определяет режим съёмки (рентгеновская дифракция, SAED, PED, CBED), и правые панели перенастраиваются соответствующим образом.
Как эта страница и страницы режимов распределяют работу¶
- Эта страница (концентратор): собирает операции, общие для всех режимов (сочетания клавиш, меню, панель инструментов, сведения об экране/детекторе, вкладки наложений, сведения о рефлексах, геометрия детектора, динамическое сжатие).
- Каждая страница режима: охватывает все настройки, появляющиеся справа при выборе данного режима (длина волны, падающий пучок, расчёт интенсивности, отображение, настройки блоховских волн, настройки прецессии и т. д.), так что каждая страница самодостаточна (между режимами есть некоторые пересечения).
| Режим | Содержание | Страница |
|---|---|---|
| Рентгеновская (и нейтронная) дифракция | Монокристальная картина рентгеновской / нейтронной дифракции (параллельная, прецессионная рентгеновская, Back Laue) | Моделирование рентгеновской дифракции |
| SAED | Электронная дифракция в параллельном пучке (selected-area electron diffraction) | Моделирование SAED |
| PED | Прецессионная электронная дифракция | Моделирование PED |
| CBED | Электронная дифракция сходящегося пучка | Моделирование CBED |
Быстрый справочник по режимам¶
Найдите нужную страницу по сочетанию длины волны (источника) и падающего пучка.
| Длина волны | Падающий пучок | Режим | Страница |
|---|---|---|---|
| Электрон | Параллельный | SAED | Моделирование SAED |
| Электрон | Прецессия (электрон = PED) | PED | Моделирование PED |
| Электрон | Сходимость (CBED) | CBED | Моделирование CBED |
| Рентген | Параллельный | Рентгеновская дифракция | Моделирование рентгеновской дифракции |
| Рентген | Прецессия (рентген) | Прецессионная рентгеновская (прецессионная камера) | Моделирование рентгеновской дифракции |
| Рентген | Back Laue | Лауэ на отражение | Моделирование рентгеновской дифракции |
| Нейтрон | Параллельный | Нейтронная дифракция | раздел о нейтронах в моделировании рентгеновской дифракции |
Примечание: Варианты выбора падающего пучка меняются вместе с длиной волны. Для электронов: Parallel, Precession (electron = PED), Convergence (CBED); для рентгеновских лучей: Parallel, Precession (X-ray), Back Laue; для нейтронов: только Parallel. Выбор Precession (electron = PED) или Convergence (CBED) автоматически переключает расчёт интенсивности на Dynamical.
Сочетания клавиш и мыши¶
Они применимы к окну дифракционной картины, общему для моделирований рентгеновской дифракции, SAED и PED. Перетаскивание по картине вращает кристалл. Здесь нет масштабирования колёсиком мыши — масштабируйте щелчком правой кнопки / перетаскиванием правой кнопкой.
| Сочетание | Действие |
|---|---|
| F1 | Открыть эту страницу онлайн-руководства |
| Перетаскивание левой кнопкой вблизи центра | Наклонить кристалл |
| Перетаскивание левой кнопкой во внешней области | Вращать кристалл вокруг оси пучка |
| Двойной щелчок левой кнопкой по рефлексу | Показать сведения о рефлексе (индекс, d, структурный фактор, ошибка возбуждения) |
| Перетаскивание средней кнопкой | Панорамировать картину |
| CTRL + Перетаскивание средней кнопкой | Переместить центр детектора (когда показана область детектора) |
| Щелчок правой кнопкой | Уменьшить масштаб |
| Перетаскивание правой кнопкой рамки | Увеличить масштаб до выбранной области |
| Двойной щелчок правой кнопкой по строке состояния | Скопировать текстовую сводку текущих настроек |
| Двойной щелчок правой кнопкой по активной кнопке слоя (Spots / Kikuchi / Debye / Scale) | Включить и выключить мигание этого слоя |
Вспомогательные окна, открываемые отсюда, добавляют ещё несколько:
| Сочетание | Действие |
|---|---|
| Двойной щелчок левой кнопкой по стереосети — держатель ПЭМ | Установить наклон держателя в эту точку |
| Клавиши-стрелки — держатель ПЭМ | Пошагово изменять наклон держателя (сначала отметьте Arrow keys) |
Перетаскивание файла .prm или изображения — Detector geometry |
Загрузить геометрию детектора / накладываемое изображение |
Перетаскивание профиля .txt — Dynamic compression |
Загрузить профиль давление/время (перетаскивайте красную линию на графике для прокрутки) |
Общеприложенческие сочетания CTRL+SHIFT главного окна также работают, пока это окно в фокусе (см. главное окно).
→ См. 21. Сочетания клавиш и мыши для обзора всех окон.
Быстрые маршруты по цели¶
| Цель | Начать с | Справка |
|---|---|---|
| Получить электронную дифракцию в параллельном пучке (SAED) | Установите Incident beam на Parallel и Wavelength на электрон | Моделирование SAED, расчёт SAED в параллельном пучке |
| Получить монокристальную рентгеновскую дифракцию | Переключите Wavelength на рентген / синхротрон | Моделирование рентгеновской дифракции |
| Получить прецессионную электронную дифракцию (PED) | Установите Incident beam на Precession (electron), затем задайте полуугол и шаг | Моделирование PED |
| Получить электронную дифракцию сходящегося пучка (CBED) | Установите Incident beam на Convergence (CBED, electron only) и задайте условия в окне CBED | Моделирование CBED, расчёт CBED |
| Просмотреть список рефлексов из динамического расчёта | Выберите Dynamical и откройте Spot Details или Details | Динамический расчёт (общее ядро) |
| Сопоставить геометрию детектора с экспериментальным изображением | Откройте настройки геометрии детектора через Details и используйте накладываемое изображение | Система координат детектора |
Основная область¶
Дифракционная картина моделируется в центре экрана.
Управление мышью¶
См. «Сочетания клавиш и мыши» в начале этой страницы.
Положение мыши¶
Сведения, соответствующие положению курсора (курсорные q, d, 2θ, азимут и т. д.), отображаются в строке состояния над картиной. Отметка Details добавляет более подробные сведения ((hkl) ближайшего рефлекса, ошибка возбуждения, структурный фактор и т. д.).
Меню File¶
| Пункт меню | Описание |
|---|---|
| Сохранить изображение | Сохранить отображаемую дифракционную картину в файл. |
| Сохранить область детектора | Сохранить только обрезок области детектора. |
| Копировать | Скопировать отображаемое изображение в буфер обмена. |
| Копировать область детектора | Скопировать только обрезок области детектора. |
Preset¶
Сохранение и вызов полной конфигурации симулятора — длины волны, геометрии детектора, настроек вкладок, свойств рефлексов и т. д. — в виде предустановки. Удобно для быстрого переключения между приборами / режимами съёмки.
Панель инструментов¶
| Кнопка | Описание |
|---|---|
| Рефлексы | Показать / скрыть слой дифракционных рефлексов |
| Линии Кикучи | Показать / скрыть слой линий Кикучи |
| Кольца Дебая | Показать / скрыть слой колец Дебая |
| Масштаб | Показать / скрыть слой линий шкалы |
| Index / d / 1/d / Distance / 2θ / χ / Excitation error / Structure factor | Выбор подписи, прикрепляемой к каждому рефлексу |
Сведения об экране и детекторе¶
Экран¶
| Элемент | Описание |
|---|---|
| Разрешение | Размер одного пикселя (мм). Он не обязан совпадать с фактическим размером пикселя детектора; он трактуется как масштаб отображения и автоматически обновляется при масштабировании мышью. |
| Размер (Ш×В) | Ширина и высота области построения в пикселях. В зависимости от разрешения вашего дисплея очень большие значения могут оказаться недоступными для установки. |
| Set centre / Fix centre | Установить центр картины на любой пиксель области построения и при необходимости зафиксировать его. При фиксации центр нельзя переместить панорамированием мышью. |
| Horizontal flip / Vertical flip / Negative image | Геометрические отражения (по горизонтали / по вертикали) и инверсия контраста отображаемой картины. Используйте их для согласования ориентации или контраста с экспериментальным изображением. |
| Reciprocal space | Накладывает сферу Эвальда и векторы обратной решётки на картину, визуализируя, какие рефлексы возбуждены. |
Детектор (длина камеры)¶
- Длина камеры 2 : Расстояние от образца до детектора (мм).
- Details : Открывает окно настроек геометрии детектора (см. Геометрия детектора ниже).
Misc¶
- Rotation sensitivity : Величина поворота кристалла на пиксель перетаскивания мышью.
- TEM holder simulation : Открывает окно моделирования, связанное с держателем (см. ниже).
Моделирование держателя ПЭМ¶
Открывает окно, которое связывает дифракционную картину с двухосевым (или вращательным) TEM holder. Задание углов наклона держателя обновляет картину и ориентацию кристалла, а достижимые ориентации можно показать на стереосети (добавлено в v4.914). Двойной щелчок левой кнопкой по стереосети устанавливает наклон держателя в эту точку, а отметка Arrow keys позволяет клавишам-стрелкам пошагово изменять наклон.
Вкладки наложений рисования¶
General¶
Задаёт цвета рефлексов, подписей, линий Кикучи, колец Дебая и других наложений. Заданные здесь настройки применяются ко всем режимам отображения.
Линии Кикучи¶
Активна, когда линии Кикучи включены на панели инструментов.
- Reflection selection : Выбор того, какие рефлексы порождают линии Кикучи. Либо structure factor (верхние N рефлексов по \(\lvert F_{hkl}\rvert\)), либо 1/d cutoff (все рефлексы, у которых 1/d ниже порога (nm⁻¹)).
- Line appearance : Задаёт ширину линии, цвет линий Кикучи и Draw with kinematical intensity (масштабирует яркость линии по кинематической интенсивности рефлекса).
- Threshold : Устаревший параметр. Выполняет расчёт линий Кикучи только для рефлексов с d больше указанного значения (сохранён для совместимости).
Кольца Дебая¶
Активна, когда кольца Дебая включены на панели инструментов.
- Ignore diffraction intensity : Если отмечено, все кольца Дебая рисуются с одинаковым цветом и интенсивностью (игнорируя структурный фактор кристалла). Используйте это для чисто геометрического сравнения.
- Show index label : Если отмечено, (hkl) появляется около каждого кольца.
Scale¶
Активна, когда линии шкалы включены на панели инструментов.
- 2θ / Azimuth scale lines : 2θ представляет постоянный угол рассеяния (концентрические окружности), Azimuth представляет постоянный азимутальный угол (радиальные линии из центра). Цвета настраиваются независимо.
- Line width : Толщина линий шкалы.
- Division : Угловой интервал между соседними линиями шкалы.
- Show scale labels : Рисовать ли числовые подписи на линиях шкалы.
Misc¶
Прочие настройки, такие как чувствительность поворота мышью.
- Mouse sensitivity : Величина поворота кристалла на пиксель перетаскивания мышью.
Сведения о дифракционных рефлексах¶
Перечисляет рассчитанные для каждого рефлекса сведения, полученные методом блоховских волн (Dynamical-расчёт). Откройте их кнопкой Spot Details (панель расчёта интенсивности) или флажком Details.
Схема и определения¶
Схема (вверху слева) показывает векторы на сфере Эвальда и определяет величины, используемые в таблице (\(\hat{\mathbf{n}}\) — единичный вектор нормали к поверхности образца, \(\mathbf{k}\) — волновой вектор падающего пучка, \(\mathbf{g}\) — вектор обратной решётки).
- \(P_g = 2\,\hat{\mathbf{n}} \cdot (\mathbf{k} + \mathbf{g})\)
- \(Q_g = |\mathbf{k}|^2 - |\mathbf{k} + \mathbf{g}|^2 = -\mathbf{g} \cdot (2\mathbf{k} + \mathbf{g})\)
- Ошибка возбуждения: \(S_g = \dfrac{\sqrt{P_g^2 + 4 Q_g} - P_g}{2}\)
- Функция оценки: \(R = |\mathbf{g}|\, Q_g^2\) — упорядочивает рефлексы по тому, насколько сильно они возбуждены (меньше = ближе к сфере Эвальда = сильнее возбуждён; прошедший пучок \(g=0\) имеет \(R=0\) и идёт первым). Таблица отсортирована по возрастанию \(R\).
Столбцы таблицы¶
| Столбец | Значение |
|---|---|
| R | функция оценки \(R = \lvert\mathbf{g}\rvert\, Q_g^2\) (выше; используется для отбора / упорядочивания рефлексов) |
| h, k, (i,) l | индексы Миллера (i — избыточный гексагональный индекс, показывается только для гексагональных кристаллов) |
| d | межплоскостное расстояние (нм) |
| gX, gY, gZ | компоненты вектора обратной решётки g (1/нм) |
| |g| | модуль g (1/нм) |
| Vg re / Vg im | коэффициент Фурье кристаллического потенциала для упругого рассеяния, \(V_g\) (действительная / мнимая часть) |
| V'g re / V'g im | мнимый (поглощающий) потенциал для теплового диффузного рассеяния (TDS), \(V'_g\) (действительная / мнимая часть) |
| Sg | ошибка возбуждения \(S_g\) (выше; 1/нм) |
| Pg | вспомогательная величина \(P_g = 2\,\hat{\mathbf{n}}\cdot(\mathbf{k}+\mathbf{g})\) (выше) |
| Qg | вспомогательная величина \(Q_g = -\mathbf{g}\cdot(2\mathbf{k}+\mathbf{g})\) (выше) |
| Φ re / Φ im | комплексная амплитуда \(\Phi\) динамической дифрагированной волны на выходной поверхности (действительная / мнимая часть) |
| |Φ|^2 | дифрагированная интенсивность \(\lvert\Phi\rvert^2\) этого рефлекса |
| Σ|Φ|^2 | накопленная сумма \(\lvert\Phi\rvert^2\) (суммарно по рефлексам; полезна как проверка сохранения интенсивности) |
Единицы потенциала и другие элементы управления¶
- Unit of potential : Переключает отображаемый потенциал между Vg [eV] (электростатический потенциал, эВ) и Ug [nm⁻²] (масштабированная величина \(U_g = (2 m_0/h^2)\, V_g\), входящая в уравнения блоховских волн). Заголовки столбцов меняются соответственно между Vg / V'g и Ug / U'g.
- Над таблицей показаны ускоряющее напряжение, длина волны (\(\lambda = 1/k_\text{vac}\)), релятивистское отношение масс \(m/m_0\), отношение скоростей \(v/c\), объём решётки, толщина образца и (в режиме CBED) максимальный полуугол электронного пучка.
- Note 1: единица длины — nm, не Å. Note 2: единица волнового числа — 1/nm, не 2π/nm.
- Effective digit : число значащих цифр, показываемых в таблице. Auto resize row width : автоподбор ширины столбцов. Copy to clipboard : экспортирует таблицу как текст, который можно вставить в электронную таблицу. (Эта форма отображается на английском даже при японском интерфейсе.)
Геометрия детектора¶
Окно для детальной настройки геометрии детектора (длина камеры, наклон, поворот) и наложения экспериментального изображения. Откройте его через Details на панели Detector geometry.
Настройки геометрии детектора¶
Задайте геометрию отражения, такую как длина камеры и наклон детектора (Tau / Phi). Для Back Laue (Лауэ на отражение) задайте здесь геометрию, размещающую детектор со стороны источника.
Область детектора и наложенное изображение¶
Задайте активную область детектора и перетащите экспериментальное изображение, чтобы наложить его. Используйте это, чтобы наложить смоделированную картину и экспериментальное изображение и точно настроить геометрию детектора.
См. также Система координат детектора для определений системы координат.
Динамическое сжатие¶
Окно для прокрутки профиля давление/время эксперимента под высоким давлением (динамическое сжатие). Перетащите профиль давление/время .txt на это окно, чтобы загрузить его, затем перетаскивайте красную линию на графике, чтобы непрерывно проходить по времени (давлению), отражая соответствующее состояние в дифракционной картине.