Kalibrierung der Koordinatensystemausrichtung in einem Raster-Transmissions-Elektronenmikroskop mit Hilfe eines digitalen Zwillings

核心概念

Eine Kalibrierungsmethode wird vorgestellt, bei der interaktive Echtzeit-Datenverarbeitung in Kombination mit einem digitalen Zwilling verwendet wird, um einen Satz von Modellen und deren Parameter mit der Aktion eines Realwelt-Instruments abzugleichen.

要約

Der Artikel beschreibt eine Methode zur Kalibrierung der Ausrichtung des Koordinatensystems in einem Raster-Transmissions-Elektronenmikroskop (STEM). Die Methode verwendet einen digitalen Zwilling des Mikroskops, um die Transformation zwischen dem Abtastkoordinatensystem und dem Detektorkoordinatensystem zu bestimmen.

Der digitale Zwilling modelliert die Abbildung des Objekts auf den Detektor unter Überfokussierung. Durch Anpassen der Parameter des digitalen Zwillings, bis die überlagerten Detektorbilder scharf sind, können die Kalibrierungsparameter des realen Mikroskops bestimmt werden. Dies umfasst die Rotation zwischen Abtast- und Detektorkoordinatensystem sowie die Handedness-Änderung.

Die Methode ist schnell genug, um in Echtzeit während der Datenaufnahme eingesetzt zu werden, was eine interaktive Anpassung der Mikroskopparameter und des Probenbereichs ermöglicht. Alternativ kann auch eine aufgezeichnete Kalibrierungsdatei verwendet werden, um eine genaue Kalibrierung ohne übermäßige Bestrahlung der Probe durchzuführen.

Die Methode wurde mit einem Testdatensatz einer Goldkreuzgitterprobe demonstriert und lieferte zuverlässige Ergebnisse. Sie ist erweiterbar auf andere Parameter des Mikroskops, die die Detektorabbildung systematisch beeinflussen.

統計

Die Probe bestand aus einem Goldkreuzgitter und wurde mit einem JEOL GRANDARM2-Mikroskop mit einem Merlin EM 4R-Detektor (Quad-Chip Medipix) aufgenommen. Der Scan bestand aus 64 x 64 Schritten mit einer Schrittweite von 12,5 nm. Jedes Bild hatte eine Auflösung von 512 x 512 Pixeln und eine Belichtungszeit von 1 ms, was zu einer Gesamtaufnahmezeit von etwa 4 Sekunden führte.

引用

"Eine Kalibrierungsmethode wird vorgestellt, bei der interaktive Echtzeit-Datenverarbeitung in Kombination mit einem digitalen Zwilling verwendet wird, um einen Satz von Modellen und deren Parameter mit der Aktion eines Realwelt-Instruments abzugleichen."
"Durch Anpassen der Parameter des digitalen Zwillings, bis die überlagerten Detektorbilder scharf sind, können die Kalibrierungsparameter des realen Mikroskops bestimmt werden."

抽出されたキーインサイト

Calibrating coordinate system alignment in a scanning transmission electron microscope using a digital twin

by Diet... 場所 arxiv.org 03-14-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.08538.pdf

深掘り質問

Wie könnte diese Methode auf andere Mikroskopparameter wie Aberrationen oder Strahlverkippung erweitert werden?

Die Methode könnte auf andere Mikroskopparameter wie Aberrationen oder Strahlverkippung erweitert werden, indem das digitale Zwillingsmodell des Mikroskops entsprechend angepasst wird. Aberrationen könnten beispielsweise durch die Integration von höheren Ordnungen in das Modell berücksichtigt werden, um die Auswirkungen auf die Bildgebung zu simulieren. Strahlverkippung könnte durch die Hinzufügung von Parametern zur Beschreibung der Strahlneigung oder -verschiebung in das Modell integriert werden. Durch die Erweiterung des digitalen Zwillingsmodells um diese Parameter könnten sie in die Kalibrierungsmethode einbezogen werden, um eine präzisere Justierung der Mikroskopparameter zu ermöglichen.

Welche Auswirkungen hätte eine Erweiterung des digitalen Zwillings auf ein vollständiges physikalisches Modell des Mikroskops auf die Kalibrierung und Datenanalyse?

Eine Erweiterung des digitalen Zwillings auf ein vollständiges physikalisches Modell des Mikroskops hätte signifikante Auswirkungen auf die Kalibrierung und Datenanalyse. Durch die Verwendung eines umfassenden physikalischen Modells könnten alle Aspekte der Mikroskopfunktion berücksichtigt werden, einschließlich komplexer Effekte wie Aberrationen, Streuung und Beugung. Dies würde zu einer präziseren Kalibrierung der Mikroskopparameter führen, da das Modell die tatsächliche physikalische Realität des Instruments genauer widerspiegeln würde. In Bezug auf die Datenanalyse würde ein solches Modell eine genauere Interpretation der aufgezeichneten Daten ermöglichen, da alle relevanten physikalischen Effekte berücksichtigt würden. Dies könnte zu verbesserten Ergebnissen und einer tieferen Einsicht in die untersuchten Proben führen.

Wie könnte diese Methode in Zukunft in die Steuerungssoftware von Elektronenmikroskopen integriert werden, um eine nahtlose Kalibrierung und Datenanalyse zu ermöglichen?

Um diese Methode in die Steuerungssoftware von Elektronenmikroskopen zu integrieren, um eine nahtlose Kalibrierung und Datenanalyse zu ermöglichen, könnte eine direkte Verbindung zwischen dem digitalen Zwillingsmodell und der Software des Mikroskops hergestellt werden. Dies würde es ermöglichen, dass die Mikroskopparameter automatisch an das Modell übertragen werden und umgekehrt, um eine konsistente Kalibrierung zu gewährleisten. Die Software könnte eine Benutzeroberfläche bereitstellen, die es dem Benutzer ermöglicht, die Kalibrierungsschritte durchzuführen und die Ergebnisse in Echtzeit zu überwachen. Darüber hinaus könnten Algorithmen zur automatischen Optimierung der Parameter implementiert werden, um den Prozess effizienter zu gestalten. Durch die Integration dieser Methode in die Steuerungssoftware könnten Benutzer eine präzise Kalibrierung durchführen und die Datenanalyse nahtlos durchführen, was zu verbesserten Ergebnissen und einer effizienteren Nutzung des Elektronenmikroskops führen würde.