Resolución atómica de elementos ligeros utilizando HAADF y ABF-STEM con corrección de Cs y bajo voltaje

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Rodrigo Esparza Muñoz

Resumen

Microscopía electrónica de transmisión/barrido (STEM) ofrece información estructural y química del orden de 0.1 nm de resolución espacial, tal resolución es llevada a cabo mediante el corrector de aberración esférica. En el STEM, un haz de electrones es enfocado y escaneado sobre la muestra, por lo que la imagen es formada midiendo la señal electrónica que surge después de las interacciones electrones-muestra. La señal de los electrones dispersados puede ser empleada para obtener imágenes de campo claro y campo obscuro. El microscopio STEM es un poderoso instrumento para estudiar las propiedades físicas de las nanoestructuras, que requieren de un análisis estructural y químico a nivel atómico. Por lo tanto, STEM es una técnica capaz de identificar la posición de los átomos y las columnas atómicas. En este trabajo, los parámetros instrumentales básicos del microscopio antes de sus aplicaciones fueron evaluados. Además, imágenes experimentales de campo oscuro anular de alto ángulo (HAADF)-STEM y campo claro anular (ABF)-STEM de una muestra de LaAlO3 fueron obtenidas a bajos voltajes de operación y comparadas con imágenes simuladas obtenidas con el método de multicapas. Se encontró que las imágenes simuladas coinciden bien con las imágenes experimentales.

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Cómo citar
Esparza Muñoz, R. (2020). Resolución atómica de elementos ligeros utilizando HAADF y ABF-STEM con corrección de Cs y bajo voltaje. Mundo Nano. Revista Interdisciplinaria En Nanociencias Y Nanotecnología, 13(25), 45–60. https://doi.org/10.22201/ceiich.24485691e.2020.25.69636
Sección
Artículos de investigación

Citas

Barthel, J. (2007). http://www.er-c.org/barthel/drprobelight/

Bell, D. C., C. J. Russo y D. V. Kolmykov. (2012). 40 keV atomic resolution TEM. Ultramicroscopy, 114: 31-37. https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2011.12.001

Benetatos, N. M., B. W. Smith, P. A. Heiney y K. I. Winey. (2005). Toward reconciling STEM and SAXS data from ionomers by investigating gold nanoparticles. Macromolecules, 38: 9251-9257. https://doi.org/10.1021/ma051419i

Cowley, J. M. (1986). Electron diffraction phenomena observed with a high resolution STEM instrument. Journal of Electron Microscopy Technique, 3: 25-44. https://doi.org/10.1002/jemt.1060030105

Cowley, J. M. y A. F. Moodie. (1957). The scattering of electrons by atoms and crystals. I. A new theoretical approach. Acta Crystallographica, 10: 609-619. https://doi.org/10.1107/S0365110X57002194

Crewe, A. V., J. Wall y J. Langmore. (1970). Visibility of single atoms. Science, 168 (3937): 1338-1340. https://doi.org/10.1126/science.168.3937.1338

Dupouy, G. (2017). Chapter four – Electron microscopy at very high voltages. En Advances in Imaging and Electron Physics. Elsevier, 261-340.

Dwyer, C. (2010). Simulation of scanning transmission electron microscope images on desktop computers. Ultramicroscopy, 110(3): 195-198. https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2009.11.009

Esparza, R., A. F. García-Ruiz, J. J. Velázquez Salazar, R. Pérez y M. J. Yacamán. (2013). Structural characterization of Pt-Pd core–shell nanoparticles by Cs–corrected STEM. Journal of Nanoparticle Research, 15(1): 1342. https://doi.org/10.1007/s11051-012-1342-2

Esparza, R., O. Téllez-Vázquez, G. Rodríguez-Ortiz, A. Ángeles-Pascual, S. Velumani y R. Pérez. (2014). Atomic structure characterization of Au-Pd bimetallic nanoparticles by aberration–corrected scanning transmission electron microscopy. The Journal of Physical Chemistry C, 118(38): 22383-22388. https://doi.org/ 10.1021/jp507794z

Findlay, S. D., N. Shibata, H. Sawada, E. Okunishi, Y. Kondo, T. Yamamoto y Y. Ikuhara. (2009). Robust atomic resolution imaging of light elements using scanning transmission electron microscopy. Applied Physics Letters, 95: 191913. https://doi.org/10.1063/1.3265946

Garcia, A., A. M. Raya, M. M. Mariscal, R. Esparza, M. Herrera, S. I. Molina, G. Scavello, P. L. Galindo, M. J. Yacamán y A. Ponce. (2014). Analysis of electron beam damage of exfoliated MoS2 sheets and quantitative HAADF–STEM imaging. Ultramicroscopy, 146: 33-38. https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2014.05.004

Geuens, P. y D. Van Dyck. (2003). About forbidden and weak reflections. Micron, 34: 167-171. https://doi.org/10.1016/S0968-4328(03)00032-5

Haider, M., S. Uhlemann y J. Zach. (2000). Upper limits for the residual aberrations of a high–resolution aberration–corrected STEM. Ultramicroscopy, 81(3-4): 163-175. https://doi.org/10.1016/S0304-3991(99)00194-1

Haider, M., P. Hartel, H. Müller, S. Uhlemann y J. Zach. (2009). Current and future aberration correctors for the improvement of resolution in electron microscopy. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 367: 3665-3682. https://doi.org/ 10.1098/rsta.2009.0121

Haider, M., S. Uhlemann, E. Schwan, H. Rose, B. Kabius y K. Urban. (1998). Electron microscopy image enhanced. Nature, 392(6678): 768-769. https://doi.org/10.1038/33823

Hawkes, P. W. (2004). Advances in imaging and electron physics: Elsevier.

Huang, R., H. C. Ding, W. I Liang, Y. C. Gao, X. D. Tang, Q. He, C. G. Duan, Z. Zhu, J. Chu, C. A. J. Fisher, T. Hirayama, Y. Ikuhara y Y. H. Chu. (2014). Atomic scale visualization of polarization pinning and relaxation at coherent BiFeO3/LaAlO3 interfaces. Advanced Functional Materials, 24(6): 793-799. https://doi.org/10.1002/adfm.201301470

Ishikawa, R., E. Okunishi, H. Sawada, Y. Kondo, F. Hosokawa y E. Abe. (2011). Direct imaging of hydrogen–atom columns in a crystal by annular bright–field electron microscopy. Nature Materials, 10(4): 278-281. https://doi.org/10.1038/nmat2957

James, E. M. y N. D Browning. (1999). Practical aspects of atomic resolution imaging and analysis in STEM. Ultramicroscopy, 78: 125-139. https://doi.org/10.1016/S0304-3991(99)00018-2

Jones, L., K. E. MacArthur, V. T. Fauske, A. T. J. van Helvoort y P. D. Nellist. (2014). Rapid estimation of catalyst nanoparticle morphology and atomic–coordination by high–resolution Z–contrast electron microscopy. Nano Letters, 14: 6336-6341. https://doi.org/10.1021/nl502762m

Kirkland, E. J., R. F. Loane y J. Silcox. (1987). Simulation of annular dark field stem images using a modified multislice method. Ultramicroscopy, 23: 77-96. https://doi.org/10.1016/0304-3991(87)90229-4

Klenov, D. O., D. G. Schlom, H. Li y S. Stemmer. (2005). The interface between single crystalline (001) LaAlO3 and (001) silicon. Japanese Journal of Applied Physics, 44 (5L): L617. https://doi.org/10.1143/JJAP.44.L617

Klie, R. F. y Y. Zhu. (2005). Atomic resolution STEM analysis of defects and interfaces in ceramic materials. Micron, 36(3): 219-231. https://doi.org/10.1016/j.micron.2004.12.003

Koch, C. (2002). Determination of core structure periodicity and point defect density along dislocations. USA: Arizona State University.

Kotaka, Y. (2012). Direct visualization method of the atomic structure of light and heavy atoms with double–detector Cs–corrected scanning transmission electron microscopy. Applied Physics Letters, 101(13): 133107. https://doi.org/10.1063/1.4756783

Lee, P. W., V. N. Singh, G. Y. Guo, H. -J. Liu, J. -C. Lin, Y. -H. Chu, C. H. Chen y M. -W. Chu. (2016). Hidden lattice instabilities as origin of the conductive interface between insulating LaAlO3 and SrTiO3. Nature Communications, 7: 12773. https://doi.org/10.1038/ncomms12773

Maurice, J. L., C. Carrétéro, M. J. Casanove, K. Bouzehouane, S. Guyard, É. Larquet y J. P. Contour. (2006). Electronic conductivity and structural distortion at the interface between insulators SrTiO3 and LaAlO3. Physica Status Solidi, 203(9): 2209-2214. https://doi.org/10.1002/pssa.200566033

Mayoral, A., R. Esparza, F. L. Deepak, G. Casillas, S. Mejía–Rosales, A. Ponce y M. J. Yacamán. (2011). Study of nanoparticles at UTSA: one year of using the first JEM-ARM200F installed in USA. Jeol News, 46 (1): 1-5.

Mishra, R., R. Ishikawa, A. R. Lupini y S. J. Pennycook. (2017). Single–atom dynamics in scanning transmission electron microscopy. MRS Bulletin, 42(9): 644-652. https://doi.org/10.1557/mrs.2017.187

Okunishi, E., I. Ishikawa, H. Sawada, F. Hosokawa, M. Hori y Y. Kondo. (2009). Visualization of light elements at ultrahigh resolution by stem annular bright field microscopy. Microscopy and Microanalysis, 15(S2): 164-165. https://doi.org/10.1017/S1431927609093891

Pennycook, S. J., D. E. Jesson, A. J. McGibbon y P. D. Nellist. (1996). High angle dark field STEM for advanced materials. Microscopy, 45(1): 36-43. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.jmicro.a023410

Rodenburg, J. M. y E. B. Macak. (2002). Optimising the resolution of TEM/STEM with the electron ronchigram. Microscopy and Analysis, 5-7.

Rodríguez–Proenza, C. A., J. P. Palomares–Báez, M. A. Chávez–Rojo, A. F. García–Ruiz, C. L. Azanza–Ricardo, A. Santoveña–Uribe, G. Luna–Bárcenas, J. L. Rodríguez–López y R. Esparza. (2018). Atomic surface segregation and structural characterization of PdPt bimetallic nanoparticles. Materials, 11(10): 1882. https://doi.org/10.3390/ma11101882

Sasaki, T., H. Sawada, F. Hosokawa, Y. Kohno, T. Tomita, T. Kaneyama, Y. Kondo, K. Kimoto, Y. Sato y K. Suenaga. (2010). Performance of low–voltage STEM/TEM with delta corrector and cold field emission gun. Journal of Electron Microscopy, 59(S1): S7-S13. https://doi.org/10.1093/jmicro/dfq027

Sawada, H., T. Sannomiya, F. Hosokawa, T. Nakamichi, T. Kaneyama, T. Tomita, Y. Kondo, T. Tanaka, Y. Oshima, Y. Tanishiro y K. Takayanagi. (2008). Measurement method of aberration from ronchigram by autocorrelation function. Ultramicroscopy, 108(11): 1467-1475. https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2008.04.095

Spence, J. C. H. (2013). High–resolution electron microscopy. OUP Oxford.

Zhou, D., K. Müller–Caspary, W. Sigle, F. F. Krause, A. Rosenauer y P. A. van Aken. (2016). Sample tilt effects on atom column position determination in ABF–STEM imaging. Ultramicroscopy, 160: 110-117. https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2015.10.008