Material structure, properties, and dynamics through scanning transmission electron microscopy

Abstract

Scanning transmission electron microscopy (STEM) has advanced rapidly in the last decade thanks to the ability to correct the major aberrations of the probe-forming lens. Now, atomic-sized beams are routine, even at accelerating voltages as low as 40 kV, allowing knock-on damage to be minimized in beam sensitive materials. The aberration-corrected probes can contain sufficient current for high-quality, simultaneous, imaging and analysis in multiple modes. Atomic positions can be mapped with picometer precision, revealing ferroelectric domain structures, composition can be mapped by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and electron energy loss spectroscopy (EELS), and charge transfer can be tracked unit cell by unit cell using the EELS fine structure. Furthermore, dynamics of point defects can be investigated through rapid acquisition of multiple image scans. Today STEM has become an indispensable tool for analytical science at the atomic level, providing a whole new level of insights into the complex interplays that control material properties.

Common Phase and Structure Misidentifications in High-Resolution TEM Characterization of Perovskite Materials

“…High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) is a powerful characterization tool and has been extensively and successfully used for analyzing crystal structures on an atomic scale [1][2][3][4]. Recently, halide perovskites have achieved substantial success in various optoelectronic devices owing to their solution-based growth and their remarkable physical properties [5][6][7][8][9].…”

De los micrómetros a los picómetros: evolución de las técnicas de microscopia para el estudio de nanomateriales

“…Fuente: Las imágenes 2a y 2b son diseño de los autores, la imagen 2c fue tomada de J. Pennycook (2018).…”

“…Por otro lado, el detector de HAADF recoge la dispersión que se da a ángulos grandes respecto al haz incidente, conocida como dispersión de Rutherford, la cual se da cuando los electrones pasan cerca del núcleo atómico de la muestra y son desviados a ángulos grandes respecto a su trayectoria inicial. Por ser esta señal proporcional al cuadrado del número atómico (Z) (Pennycook, 2018), se produce una imagen con una alta sensibilidad a los elementos presentes en la muestra. En sitios donde haya elementos más pesados se observarán zonas más contrastadas, es por ello que a esta técnica también se le conoce como "contraste Z".…”

“…Otra razón por la que STEM en su modalidad HR-HAADF ha tenido una gran aceptación entre los usuarios de un TEM, es porque en comparación con HRTEM, el haz de electrones es menos agresivo para la muestra dada su característica de capturar secuencialmente la imagen al igual que un SEM. Además, es menos sensible a las inclinaciones de muestras cristalinas y a su grosor; por lo que puede proporcionar posiciones de columnas atómicas con alta precisión (Pennycook, 2018). Actualmente, con software especializado como el STEMcell (Grillo, 2013) basado en la teoría de multicapas de formación de imágenes de STEM (Kirkland, 2009), se puede predecir el número de átomos contenidos en cada columna atómica en base a un análisis de intensidades tal como se muestra en la figura 5a, donde se presenta una partícula cúbica de Ir (Iridio) de 4x4x4 átomos.…”

Electrocaloric effect in ferroelectric ceramics with point defects

“…In such a Z-Contrast image, the much brighter contrast represents the Pb positions, while the much fainter features in-between represent Zr/Ti atom columns. 18 Clearly, doping 1 mol. % Mn neither affects the microstructure nor destroys the local lattice of the PZTM ceramics.…”