مادی سائنس کے لئے اعلی درجے کی الیکٹران مائکروسکوپی

یہ مقالہ موجودہ تحقیقی رجحانات کو پیش کرتا ہے۔جدید الیکٹران مائکروسکوپی تکنیکمواد سائنس کے لئے. سروے کے خصوصی شمارے پر مبنی ہے۔مواد کے لین دیناکتوبر 2019 میں شائع ہوا (جلد 60، نمبر 10)۔ اعلی درجے کی الیکٹران مائکروسکوپی کو مختلف مواد کی خصوصیت کے لیے بڑے پیمانے پر لاگو کیا گیا ہے۔ الیکٹرک کے تجزیوں کی حالیہ ترقی اور توسیعفیبزرگوں اور ثانوی الیکٹرانوں کی اجتماعی حرکات بذریعہسوستانی میںالیکٹران ہولوگرافی پر تفصیل سے بحث کی گئی ہے۔[doi: 10.2320/matertrans.MT-M2021086](14 مئی 2021 کو موصول ہوا؛ 12 جولائی 2021 کو قبول کیا گیا؛ 3 ستمبر 2021 کو شائع ہوا)

مطلوبہ الفاظ:الیکٹران ہولوگرافی، ڈائنامیکل ڈفریکشن، سیٹو تجربہ، برقی میدان، سیکنڈری الیکٹران

Wecistanche کی معاون خدمت - چین میں سب سے بڑا cistanche برآمد کنندہ:

ای میل:wallence.suen@wecistanche.com

واٹس ایپ٪ 2ftel٪3a٪7b٪7b0٪7d٪7d

مزید تفصیلات کے لیے خریداری کریں:

https://www.xjcistanche.com٪2014-شاپ

گردے کے کام کے لیے 25% ایکیناکوسائیڈ اور 9% ایکٹیوسائیڈ کے ساتھ قدرتی آرگینک سیسٹانچ ایکسٹریکٹ حاصل کرنے کے لیے یہاں کلک کریں۔

1. تعارف

ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی(TEM) کو مختلف کے مائیکرو اسٹرکچر کو واضح کرنے کے لیے استعمال کیا گیا ہے۔فنکشنل مواد، اوربهترین ریزولوشنTEM15) کو براہ راست جوہری انتظامات کا مشاہدہ کرنے کے لیے استعمال کیا گیا ہے۔ واقعہ الیکٹران بیم کے ساتھ نیچے پیش کیے گئے اس طرح کے تفصیلی جوہری انتظامات کو 0.1 nm سے کم ریزولوشن کی حد کے ساتھ دیکھا جا سکتا ہے۔ 0.1 nm سے چھوٹے مائیکرو پروبس اور بیم سکیننگ سسٹم، سکیننگ ٹرانسمیشن کا استعمال کر کےالیکٹران مائکروسکوپی(STEM) حاصل کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔جوہری سطح کی عنصری نقشہ سازی.69) ریزولیوشن میں اس بہتری کے علاوہ، محققین نے نمونوں کے اندر اور باہر برقی مقناطیسی میدان کی تقسیم کا تجزیہ کرنے کے لیے تکنیک تیار کی ہے جس کے مرحلے کی معلومات پر توجہ مرکوز کی گئی ہے۔واقعہ الیکٹران بیم. ایک عام تکنیک الیکٹران ہولوگرافی ہے، جو الیکٹران لہروں کی مداخلت کو استعمال کرتی ہے۔ 1013)

اگرچہ مواد سائنس میں TEM کی درخواستوں کی وضاحت کرنے والی کتابوں سمیت متعدد جائزہ اور جائزہ مقالے دستیاب ہیں، 4,14,15) اکتوبر 2019 میں میٹریل ٹرانزیکشنز (جلد 60، نمبر 10) کے عنوان سے ایک خصوصی شمارہ شائع ہوا تھا۔ "مواد سائنس کے لئے اعلی درجے کی الیکٹران مائکروسکوپی تکنیکوں کی ترقی اور اطلاق"۔ یہ خصوصی شمارہ کل پانچ مضامین پر مشتمل ہے جس میں الیکٹران کی لہر کے رویے پر تحقیق کا احاطہ کیا گیا ہے 16,17) اور الیکٹران ہولوگرافی استعمال کرنے والے مواد اور آلات کا تجزیہ۔ زاویہ اینولر ڈارک فیلڈ (HAADF) STEM مشاہدات کو استعمال کیا گیا ہے۔چارج شدہ ڈومین کی دیواروں کی خصوصیت(CDWs) فیرو الیکٹرک مواد میں۔ 20) مزید برآں، TEM پر مبنی وسیع تجزیے حال ہی میں شائع کیے گئے ہیں۔ 2123)

اس خصوصی شمارے کے شائع ہونے سے پہلے، میٹریلز سائنس اینڈ انجینئرنگ ریسرچ سوسائٹی کا 27 واں اجلاس انسٹی ٹیوٹ آف ملٹی ڈسپلنری ریسرچ فار ایڈوانسڈ میٹریلز، توہوکو یونیورسٹی میں منعقد ہوا، جس کا موضوع تھا "مواد کی خصوصیات اور مائیکروسکوپی تکنیک میں حالیہ رجحانات"۔ یہ خصوصی شمارہ اجلاس کے کچھ شرکاء کے کاغذات جمع کر کے مرتب کیا گیا۔ الیکٹران ہولوگرافی کے بارے میں، جائزہ مضامین دستیاب ہیں۔ 13,24) اس کے علاوہ، "الیکٹران مداخلت مائیکروسکوپی" پر ایک مائکروسکوپی کا خصوصی شمارہ حال ہی میں شائع ہوا ہے۔ نمبر 10)، اور خصوصی شمارے سے متعلق ہمارے ریسرچ گروپ کی تازہ ترین تحقیقی پیشرفت پیش کریں۔

2. خصوصی شمارے کا جائزہ

2.1 الیکٹران ورٹیکس بیم کی جنریشن اور کنٹرول

"میٹیریلز سائنس کے لیے ایڈوانسڈ الیکٹران مائیکروسکوپی تکنیکوں کی ترقی اور اطلاق" پر خصوصی میٹریل ٹرانزیکشنز کے شمارے میں، Harada et al.16) نے واضح کرنے کے لیے فوکسڈ-آئن-بیم (FIB) آلات کے ذریعے تیار کردہ کانٹے کے سائز کے گریٹنگز کا استعمال کرتے ہوئے بھنور بیم بنانے کی اطلاع دی۔ بنور بیم کی کارکردگی. انہوں نے چھوٹے زاویہ والے الیکٹران ڈفریکشن آپٹیکل سسٹم کا استعمال کرتے ہوئے بھنور کی شعاعیں تیار کیں۔ ing3740 کو پھیلاتے ہوئے الیکٹران وورٹیکس بیم زاویہ مومنٹا لے سکتے ہیں) اور ممکنہ طور پر جہاز کے اندر موجود اجزاء (الیکٹران بیم پر کھڑے) کے علاوہ، اس کی کونیی رفتار کی وجہ سے نمونہ کے ہوائی جہاز پر کھڑے مقناطیسی بہاؤ کا پتہ لگانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ Lorenz force کی وجہ سے مقناطیسی بہاؤ۔ یہ ممکنہ ایپلی کیشنز اس بات کی نشاندہی کرتی ہیں کہ الیکٹران وورٹیکس بیم اور دیگر توسیع شدہ الیکٹران بیم جیسے بیسل بیم ممکنہ اگلی نسل کی الیکٹران بیم ٹیکنالوجیز ہیں۔4447)

2.2 الیکٹران فیز شفٹ پر متحرک الیکٹران کے پھیلاؤ کا اثر

مذکورہ بالا مواد کے لین دین کے خصوصی شمارے میں اکیس وغیرہ شامل ہیں۔' 17) فیز شفٹ 4851 پر ڈائنامیکل الیکٹران کے تفاوت کے اثر کی تحقیقات) ایک بریگ ڈفریکشن حالت کے ارد گرد سنگل کرسٹل سی کے پچر کے سائز کے نمونے سے ریکارڈ کیے گئے الیکٹران ہولوگرامس میں۔ ان کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ موثر اندرونی صلاحیت واقعہ الیکٹران بیم کی سمت پر منحصر ہے، خاص طور پر بریگ کی حالت کے قریب۔ الیکٹران کے تفاوت کے متحرک نظریہ کا استعمال کرتے ہوئے خصوصیت کے مرحلے کی تبدیلی کا تجزیہ کیا گیا ہے۔

شکل 1 روشن فیلڈ امیجز، دوبارہ تعمیر شدہ فیز امیجز، اور فیز شفٹ پروفائلز کو بغیر (a) اور (b) 220 بریگ کنڈیشن کے ساتھ دکھاتا ہے۔ جب نمونہ بریگ کی حالت کو پورا نہیں کرتا ہے، تو فیز شفٹ نمونہ کی موٹائی کے تناسب سے بڑھ جاتا ہے، جیسا کہ تصویر 1(a) میں دکھایا گیا ہے۔ تاہم، جب نمونہ 220 بریگ کی حالت کو پورا کرتا ہے، جیسا کہ تصویر 1(b) میں دکھایا گیا ہے، فیز شفٹ ان پوزیشنوں پر ³ ریڈینز کو چھلانگ لگاتا ہے جہاں متعلقہ روشن فیلڈ امیج میں تاریک موٹائی کے کنارے ظاہر ہوتے ہیں۔ ان ³ ریڈین جمپس کی وضاحت الیکٹران کے تفاوت کے متحرک نظریہ سے کی جا سکتی ہے، جیسا کہ تصویر 2 میں دکھایا گیا ہے۔ تصویر 2 میں ہر کالم مختلف تفاوت کی حالتوں کو ظاہر کرتا ہے۔ اوپری قطار ¼0 exp(¹2³i«t) کی پیچیدہ قیمت کے پلاٹوں کو ایک پیرامیٹر کے طور پر موٹائی t کے ساتھ دکھاتی ہے، جہاں ¼0 آبجیکٹ ویو کا ایک ویو فنکشن ہے اور » ویکیوم میں واقع الیکٹرانوں کے لیے ویونمبر ویکٹر ہے۔ اس پیچیدہ قدر کا طول و عرض شدت کے مربع جڑ سے مساوی ہے، اور پیچیدہ قدر کا زاویہ فیز شفٹ کے مساوی ہے۔ موٹائی 0 سے 300 nm تک ہوتی ہے۔ 2080 nm سے متعلقہ ڈیٹا کو تصویر 2 میں سرخ بولڈ لائنوں کے طور پر پلاٹ کیا گیا ہے۔ درمیانی اور نچلی قطاریں بالترتیب موٹائی t کے افعال کے طور پر پلاٹ کی گئی شدت اور فیز شفٹ کو ظاہر کرتی ہیں۔ تصویر 2 کے درمیانی کالم میں، نمونہ بالکل 220 بریگ کے پھیلاؤ کی حالت میں ہے، جہاں ¼0 exp(¹2³i«t) کی رفتار پیچیدہ طیارے کی اصل کو آپس میں جوڑتی ہے۔ چوراہے کی موٹائی پر، پیچیدہ قدر کا طول و عرض صفر ہے؛ اس لیے روشن میدان کی تصویر میں متعلقہ پوزیشن سیاہ دکھائی دیتی ہے۔ خاص طور پر، ¼0 exp(¹2³i«t) کا مرحلہ پیچیدہ ہوائی جہاز کی اصل میں تبدیل ہو گیا تھا۔ لہذا، فیز شفٹ پروفائل سیاہ موٹائی کے کنارے پر ³ کی چھلانگ دکھاتا ہے۔ تصویر 2 میں بائیں اور دائیں کالم نتائج دکھاتے ہیں جب 220 عکاسی کی حوصلہ افزائی کی غلطی کا نشان بالترتیب منفی اور مثبت ہوتا ہے۔ ان صورتوں میں، روشن میدان کی تصویر میں ایک موٹائی کا کنارہ بھی ظاہر ہوتا ہے۔ تاہم، سیاہ کنارے کی شدت صفر نہیں ہوتی ہے (تصویر 2 کی درمیانی قطار دیکھیں)، اور فیز شفٹ پروفائل میں کوئی چھلانگ نہیں دیکھی جاتی ہے (تصویر 2 کی نچلی قطار دیکھیں)۔ خاص طور پر، مرحلے کی موٹائی میں تبدیلی کا میلان، یعنی "مؤثر اندرونی پوٹینشل"، 220 عکاسیوں کی حوصلہ افزائی کی خرابی کے نشان پر منحصر ہے (تصویر 2 کی ایک نچلی قطار دیکھیں)۔ اس رجحان کی تصدیق تجرباتی طور پر دوبارہ تعمیر شدہ مرحلے کی تصاویر کی ایک سیریز سے ہوئی جس میں مختلف واقعات کے شہتیر کی سمت ہے۔

2.3 ملٹی لیئر سیرامک ​​کیپسیٹر میں پریسیپیٹیٹس کا الیکٹرک فیلڈ تجزیہ

Kawamoto et al. ملٹی لیئر سیرامک ​​کیپسیٹرز (MLCCs) میں پیدا ہونے والے سب مائیکرومیٹر پریسیپیٹیٹس کی برقی خصوصیات کا تعین کرنے کے لیے الیکٹران ہولوگرافی کی بنیاد پر خصوصیت کے ایک منفرد طریقہ کار کا مظاہرہ کیا ہے۔ تجارتی BaTiO3 MLCCs۔ محققین نے اطلاع دی ہے کہ اضافی Mg اور rare-earth عناصر ڈائی الیکٹرک مستقل کے درجہ حرارت پر انحصار کو کنٹرول کرنے میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ 54) سی امیر مرحلہ، 55) اور دیگر)۔ چونکہ ان پرسیپیٹیٹس میں ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ ہوتے ہیں جو BaTiO3 میٹرکس سے کافی حد تک مختلف ہوتے ہیں، اس لیے ان سے کپیسیٹر کی کارکردگی کو کم کرنے کا امکان ہے۔ اس طرح، submicrometer-scale precipitates کے پڑوس میں مقامی برقی خصوصیات کا مطالعہ ضروری ہے۔

ان کے مطالعہ میں، Kawamoto et al. TEM5658 میں مائیکرو پروبس کو سنبھالنے کے ساتھ الیکٹران ہولوگرافی کا استعمال کیا) MLCCs59 میں بننے والے ذیلی مائکرو میٹر پیمانے پر پریسیپیٹیٹس کی خصوصیت کے لیے) اور نقصان دہ برقی خرابی کا سبب بننے والی اشیاء کی نشاندہی کرنے کے لیے۔ شکل 3(a) ایک پتلی ورق کے نمونے (20 µm © 6 µm © 100 nm) کی اسکیمیٹک کو دکھاتا ہے جس میں ایک اسٹیک شدہ ترتیب ہے جس میں ایک Ni کیتھوڈ، ایک ڈائی الیکٹرک مادہ (BaTiO3)، اور ایک Ni anode شامل ہے۔ نوٹ کریں کہ کیتھوڈ اور اینوڈ جسمانی طور پر Pt prongs سے جڑے ہوئے ہیں، جن کا رابطہ دھاتی PtIr تحقیقات کے ذریعے ہوتا ہے جب نمونہ پر برقی وولٹیج کا اطلاق ہوتا ہے۔ شکل 3(b) نمونے کی ADF-STEM تصویر دکھاتی ہے۔ گہرے کنٹراسٹ کے ساتھ نمودار ہونے والی تیز رفتار سبز تیر سے ظاہر ہوتی ہے۔ توانائی سے منتشر ایکس رے سپیکٹروسکوپی (EDS) کے تجزیہ سے پتہ چلتا ہے کہ یہ تیز رفتار Cr میں امیر اور Si میں ناقص ہے۔ شکل 3(c) 7 V کے ایک موثر اپلائیڈ وولٹیج کے تحت دوبارہ تعمیر شدہ فیز امیج ہے۔ اس طرح، مصنفین نے 3 V کے لاگو وولٹیج کے تحت حاصل کردہ فیز شفٹ کی معلومات کو 10 V کے تحت حاصل کردہ غیر مطلوبہ فیز کی معلومات کو دبانے کے لیے گھٹا دیا جیسے کہ پریسیپیٹیٹس کی پوزیشنوں پر اوسط اندرونی صلاحیت میں خاطر خواہ تبدیلیاں، نمونے میں موٹائی کی تبدیلیاں۔ ، اور Ni الیکٹروڈ سے مقناطیسی میدان۔ خاص طور پر، پریسیپیٹیٹ کے مقامی علاقے میں کنٹور لائنوں کے وقفہ کاری اور سمتوں دونوں میں ایک تبدیلی واقع ہوئی، جس کی وجہ پرسیپیٹیٹ اور BaTiO3 میٹرکس کے درمیان برقی چالکتا میں فرق ہے۔ شکل 3(d) محدود عنصری طریقہ (FEM) ماڈلنگ پر مبنی دو جہتی نقلی الیکٹرک فیلڈ کا نقشہ دکھاتا ہے۔ اس ماڈل میں، پریسیپیٹیٹ ·B کی برقی چالکتا میٹرکس ·M کی چالکتا سے کافی حد تک چھوٹی ہے۔ تصویر 3(d) کے نتائج مشاہدات کی متعدد خصوصیات کی وضاحت کرتے ہیں (تصویر 3(c))، جیسے کہ پریزیٹیٹ کے اندر سموچ کی لکیروں کا کم فاصلہ اور میٹرکس کے علاقے میں وقفہ کاری میں بتدریج تبدیلی۔ Cr سے بھرپور مرحلے کی چالکتا میٹرکس کے مقابلے میں دو یا تین ترتیبوں سے چھوٹی ہونی چاہیے۔ یہ طریقہ صنعت میں وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والے کیپسیٹرز میں پیچیدہ مائیکرو اسٹرکچر اور مادی افعال کے درمیان تعلق کی گہری سمجھ کا باعث بن سکتا ہے۔

2.4 فیرو الیکٹرک مواد میں چارجڈ ڈومین کی دیواروں کی خصوصیت

Nakajima et al.20) نے TEM کا استعمال کرتے ہوئے Ca3¹xSrxTi2O7 (CSTO) میں CDW ڈھانچے60) کا معائنہ کیا۔ CSTO میں فیرو الیکٹرسٹی کا مشاہدہ روایتی برقی پولرائزیشن پیمائش اور پیزورسسپونس فورس مائکروسکوپی دونوں کے ذریعے کیا گیا ہے۔ 61) مؤخر الذکر نے قطبیت اور چالکتا کے لحاظ سے CSTO میں دو قسم کی CDWs کا انکشاف کیا: اعلی چالکتا "سر سے سر" دیواریں اور کم۔ چالکتا "دم سے دم تک" دیواریں۔ CDWs ڈیوائس ایپلی کیشنز کے لیے امید افزا ہیں کیونکہ ان کی شکل اور چالکتا کو برقی میدانوں اور دیگر جسمانی مظاہر کے ذریعے کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ CSTO کی خصوصیات HAADF-STEM مشاہدات نے پیرووسکائٹ ساختہ بلاکس میں اسٹیکنگ کی بے قاعدگی کو ظاہر کیا ہے۔ مزید برآں، الیکٹران ہولوگرافی نے فاسد اسٹیکنگ کے علاقوں کا انکشاف کیا ہے جو Sr مواد کی وجہ سے اوسط اندرونی صلاحیت میں تبدیلیاں پیدا کرتے ہیں۔ یہ مائیکروسکوپی مطالعات ان طریقہ کار کے بارے میں ہماری سمجھ کو بہتر بناتے ہیں جن کے ذریعے CSTO میں فیرو الیکٹرک ڈومین تیار ہوتے ہیں۔

2.5 چارج شدہ ایپوکسی فلم کے ارد گرد سیکنڈری الیکٹران کا تجزیہ

ہم اب تک مختلف بیان کر چکے ہیں۔TEM تکنیکمیٹریل سائنس کے لیے، بشمول الیکٹران ہولوگرافی کے ذریعے برقی شعبوں کا مشاہدہ کرنے کے طریقے۔ ان مطالعات کی توسیع کے طور پر، سب سے دلچسپ مضامین میں سے ایک الیکٹران کی حرکت کا تصور کرنا ہے کیونکہ برقی مقناطیسی میدان ان حرکات سے پیدا ہوتے ہیں۔ ان میں سے ابتدائی مطالعہ حیاتیاتی نمونوں پر چارجنگ اثر پر مرکوز تھا۔68,69) بعد میں مختلف موصلی مواد کے لیے الیکٹرانوں کے جمع اور تقسیم کا مشاہدہ کیا گیا، ان کی سطحوں پر پوری توجہ دی گئی۔

Sato et al.19) نے الٹرا مائیکروٹومی کے ذریعہ تیار کردہ چارج شدہ ایپوکسی فلم کے ارد گرد سیکنڈری الیکٹران کی تقسیم کا مطالعہ کیا۔ شکل 4(a) epoxy رال (گہرا بھورا خطہ) کی ایک پتلی فلم کی دوبارہ تعمیر شدہ مرحلے کی تصویر دکھاتی ہے۔ نمونے کی سطح کی برقی صلاحیت کا تخمینہ ایک مصنوعی تعمیر نو کی تصویر کے مقابلے میں 1.2 V لگایا گیا تھا۔ اگرچہ نمونہ کی سطح پر کوئی دھاتی عناصر موجود نہیں تھے، لیکن چارجنگ اثر کو مشاہدہ شدہ علاقے کے قریب نمونہ سپورٹ پلیٹ سے ثانوی الیکٹرانوں کے ذریعے شعاع ریزی کے ذریعے دبایا گیا سمجھا جاتا تھا۔ تصویر 4(b) میں دوبارہ تشکیل شدہ طول و عرض کی تصویر epoxy رال کی سطح کے ارد گرد سرخ خطوں کو دکھاتی ہے، جو کہ مثبت چارج شدہ نمونے کی سطح کے ساتھ مضبوطی سے تعامل کرنے والے ثانوی الیکٹرانوں کی اعلی کثافت کے مساوی سمجھا جاتا ہے۔ خاص طور پر، تصویر 4(b) میں تیر کے ذریعے اشارہ کیا گیا مقعر خطہ میں، ایک چمکدار سرخ خطہ ظاہر ہوتا ہے۔ یہ خطہ سطح کے ساتھ جمع ثانوی الیکٹرانوں کے تعامل کی وجہ سے ایک بڑے برقی میدان کے اتار چڑھاؤ سے مطابقت رکھتا ہے۔ ایپوکسی رال کے ہولوگرام کا مشاہدہ کرنے کے بعد، پتلے نمونے کے دونوں اطراف کو ایک کمزور Ga+-آئن بیم کا استعمال کرتے ہوئے FIB سسٹم سے شعاع کیا گیا۔ بیم کی شدت 0.85 © 103 mC·m¹2 تھی، جو نمونوں کو چمکانے کے لیے استعمال ہونے والے اس سے 200 گنا کم ہے۔ تصویر 4(c) میں دوبارہ تعمیر شدہ مرحلے کی تصویر سے پتہ چلتا ہے کہ نمونے کی برقی صلاحیت نقلی نتائج کے مطابق 1.0 V ہو جاتی ہے۔ شعاع ریزی سے پہلے اور بعد میں نمونہ کی برقی صلاحیت میں کافی فرق نہیں تھا کیونکہ ایک کمزور Ga+- آئن بیم استعمال کیا گیا تھا۔ تصویر 4(d) میں دوبارہ تعمیر شدہ طول و عرض کی تصویر میں، تصویر 4(b) میں دیکھے گئے رنگین علاقے اب نظر نہیں آتے۔ اس طرح، ثانوی الیکٹرانوں کی تقسیم جو مثبت چارج شدہ epoxy رال کی سطح کے ساتھ مضبوطی سے تعامل کرتی ہے، سطح پر دھاتی عناصر کی موجودگی کے لیے حساس ہے۔

تصویر 4 (a) الٹرا مائیکروٹوم ایپوکسی رال کی دوبارہ تشکیل شدہ فیز امیج۔ (b) رال کی دوبارہ تشکیل شدہ طول و عرض کی تصویر۔ (c) FIB پروسیس شدہ رال کی دوبارہ تعمیر شدہ فیز امیج۔ (d) FIB پروسیس شدہ رال کی دوبارہ تشکیل شدہ طول و عرض کی تصویر۔19)