4차원 주사투과전자현미경 (4D-STEM) 기술 동향
2021-11-02
org.kosen.entty.User@6cf8ed08
강상준(ksj532020)
4차원 주사 투과전자현미경은 카메라를 통해 2차원 회절 패턴을 2차원 샘플면의 하나의 픽셀마다 수집한다. 그러므로 데이터가 4차원 공간 속에 놓이게 된다. 데이터가 놓인 차원을 고려하여 4차원 주사 투과전자현미경이라는 이름이 붙이게 되었다. 하지만 4차원이라는 용어가 현대 물리에서 시간의 항목을 암묵적으로 의미하는 경우가 있어 오해의 소지가 빈번히 발생한다. 몇몇 저자들은 4D-STEM을 대신해 convergent beam electron diffraction (CBED), microdiffraction, nanodiffraction, diffraction imaging, 또는 diffractogram 이라고 부른다. 하지만 상기 용어들은 기술의 범위를 특정 시켜 범용적으로 부르기 어려운 면이 있다. 현미경 학회에서는 4차원 주사 투과전자현미경, 4D-STEM, 이라는 용어가 가장 흔하게 쓰인다.
4차원 주사 투과전자현미경 기술의 핵심은 공간적으로 분해된 회절 패턴을 얻는다는 점이다. 즉 공간적으로 분리되어있는 산란 정보들을 효과적으로 이해 할 수 있다는 장점이 있다. 이 기술은 초기에 결정질 방향 맵핑에 가장 주요하게 사용되었다. 결정립의 방향성에 의해 결정립 마다 다른 방향으로 회절이 일어나고 회절방향을 맵핑하여 결정질 재료의 가장 근간이 되는 구조인 결정방향을 맵핑하는 것이다. 분석 알고리즘의 개발로 4차원 주사 투과전자현미경 기술은 가상 이미징과 구조 분석, 변형률 맵핑, 중범위 규칙성 측정, 상 대조 이미징, 타이코그래피(Ptychography)등으로 확대 적용되었다. 본 보고서에서는 4차원 주사 투과전자현미경의 기술 동향에 대해 논의하고자 한다.
4차원 주사 투과전자현미경 기술의 핵심은 공간적으로 분해된 회절 패턴을 얻는다는 점이다. 즉 공간적으로 분리되어있는 산란 정보들을 효과적으로 이해 할 수 있다는 장점이 있다. 이 기술은 초기에 결정질 방향 맵핑에 가장 주요하게 사용되었다. 결정립의 방향성에 의해 결정립 마다 다른 방향으로 회절이 일어나고 회절방향을 맵핑하여 결정질 재료의 가장 근간이 되는 구조인 결정방향을 맵핑하는 것이다. 분석 알고리즘의 개발로 4차원 주사 투과전자현미경 기술은 가상 이미징과 구조 분석, 변형률 맵핑, 중범위 규칙성 측정, 상 대조 이미징, 타이코그래피(Ptychography)등으로 확대 적용되었다. 본 보고서에서는 4차원 주사 투과전자현미경의 기술 동향에 대해 논의하고자 한다.