凝聚态物理 > 材料科学
[提交于 2025年7月22日
]
标题: 基于快速4D-STEM的非晶和混合材料相图绘制
标题: Fast 4D-STEM-based phase mapping for amorphous and mixed materials
摘要: 所有材料均由原子组成,这些原子以重复(晶体)或随机(非晶体)结构排列。 衍射测量可以探测原子之间和/或原子平面之间的平均距离。 扫描模式下的透射电子显微镜(STEM)可以收集空间分辨的二维衍射数据,从而创建一个四维(4D)超光谱数据集(4D-STEM)。 对于晶体材料,这种4D数据的解释策略已经很成熟,因为它们的衍射光谱显示出强烈的峰值,使得在纳米尺度上能够有效地进行相位和晶体取向映射。 然而,由于非晶体和混合材料的衍射数据是连续的,因此很难分离不同的非晶体贡献。 非负矩阵分解(NMF)可以将4D-STEM数据分解为具有可解释的衍射特征和强度图的成分,而无需考虑结构。 然而,NMF是一个非凸优化问题,其计算复杂度约为O(nmk),其中n是探测的位置数,m是衍射特征数,k是成分数,这使得对大型4D数据集的分析变得不可行。 在这里,我们将QB分解作为NMF(随机NMF或RNMF)的预处理步骤,以实现与最大数据维度无关的缩放(~O(nk)),从而为4D-STEM数据的NMF分析打开大门。 我们通过在SiO$_2$上方映射一层薄的TiO$_2$,以及一个LiNi$_{0.6}$Co$_{0.2}$Mn$_{0.2}$O$_{2}$ (NMC) - Li$_{10}$GeP$_2$S$_{12}$ (LGPS) 混合晶体-非晶电池界面,展示了使用RNMF进行4D-STEM实验中结构无关相映射的优势和局限性。
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