Book/Report

FZJ-2018-07054

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Methodische Untersuchungen zur quantitativen Bildauswertung und zur Rekonstruktion der Austrittswellenfunktion in der hochauflösenden Elektronenmikroskopie

Thust, A. (Corresponding author)FZJ*

1994
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/20309

Report No.: Juel-2978

Abstract: Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit quantitativen Methoden zur Auswertung des Bildkontrastes hochaufgelöster elektronenmikroskopischer Aufnahmen sowie mit Methoden zur Rekonstruktion der quantenmechanischen Wellenfunktion an der Austrittsfläche von kristallinen Beobachtungsobjekten. Es wurde ein schnelles numerisches Bildvergleichsverfahren entwickelt, das es ermöglicht, Aufnahmen periodischer Objekte mit solchen Bildern zu vergleichen, die mittels Simulation von dynamischer Elektronenbeugung und elektronenoptischer Abbildung berechnet wurden. Das Verfahren gestattet es, innerhalb kürzester Zeit typischerweise 10 000 Abbildungen zu simulieren, die den gesamten Wertebereich der im Experiment meist unbekannten Parameter $\textit{Objektdicke}$ und $\textit{Defokus}$ überdecken. Dabei werden die simulierten Bilder mit experimentellen Eingabebildern verglichen und die Übereinstimmung in Form des Kreuzkovarianzkoefiizienten dargestellt. Anhand einer experimentellen Defokus-Serie der intermetallischen Legierung Ni$_{4}$Mo wird demonstriert, daß mit diesem Verfahren eine eindeutige und präzise Bestimmung der experimentellen Abbildungsparameter Objektdicke und Defokus möglich ist. Die Eignung nicht-deterministischer Algorithmen zur Rekonstruktion der quantenmechanischen Wellenfunktion an der Austrittsfläche kristalliner Präparate wurde untersucht. Dabei kommt eine modifizierte Version der oben beschriebenen schnellen Bildvergleichstechnik zum Einsatz. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Untersuchungen sind: • Sowohl Algorithmen, die auf dem Prinzip des $\textit{simulated annealing}$ basieren, als auch genetische Algorithmen sind zur Rekonstruktion der Austrittswellenfunktion periodisch aufgebauter Objekte bestens geeignet. • Nichtlineare Abbildungsbedingungen sowie die Auswirkungen von nur partiell kohärenter Einstrahlung können in vollem Maße berücksichtigt werden. Es müssen keinerlei Annahmen oder Einschränkungen bezüglich des Grades der Nichtlinearität der Abbildung gemacht werden. • Für eine Rekonstruktion sind als Eingabe meist nur zwei, unter unterschiedlichen Defokussierungsbedingungen aufgenommene Aufnahmen erforderlich. In Hinblick auf eine Verbesserung des Verhältnisses von Signal zu Rauschen kann jedoch die Verwendung zusätzlicher Bilder von Vorteil sein. • Mit dem hier vorgestellten Rekonstruktionsverfahren gelang die Rekonstruktion einer periodischen Austrittswellenfunktion unter idealisierten Bedingungen sogar aus einem einzigen Eingabebild. • Die Genauigkeit der bei der Rekonstruktion erzielten Ergebnisse ist von beinahe analytischer Qualität und hängt nur von der Qualität der Eingabebilder und der Kenntnis der instrumentellen Parameter ab. • Mittels der genannten Algorithmen können die relativen Defokusabstände experimenteller Aufnahmen ohne Zuhilfenahme eines Strukturmodells bestimmt werden. Ebenso kann die Konsistenz der in zwei Abbildungen enthaltenen Bildinformation überprüft und quantifiziert werden. • Die hier eingesetzte Version eines Simulated-Annealing-Algorithmus ist aufgrund der besseren problemspezifischen Anpassungsmöglickeit in seiner numerischen Effizienz der untersuchten Version eines genetischen Algorithmus eindeutig überlegen. • Mittels des Simulated-Annealing-Algorithmus ist die Rekonstruktion einer aus 50 Strahlen bestehenden Austrittswellenfunktion innerhalb weniger Minuten durchführbar. Stochastische Algorithmen scheinen aus Rechenzeitgründen jedoch weniger gut für die Rekonstruktion nichtperiodischer Bildmotive geeignet zu sein, die die Einbeziehung ungleich höherer Strahlzahlen erforderlich machen. • Die Rekonstruktion der Austrittswellenfunktion aus experimentellen Bildern der intermetallischen Legierung Ni4Mo ergibt eine sehr gute Übereinstimmung mit Simulationsergebnissen. Im Gegensatz dazu wurden bei der Rekonstruktion der Austrittswellenfunktion aus experimentellen Bildern des Hochtemperatursupraleiters YBa$_{2}$ Cu$_{3}$O$_{7}$ Diskrepanzen zu Simulationsergebnissen festgestellt.

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Contributing Institute(s):

1. Publikationen vor 2000 (PRE-2000)

Research Program(s):

1. 899 - ohne Topic (POF3-899) (POF3-899)

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Database coverage:

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