Step by step capping and strain state of GaN/AlN quantum dots studied by grazing incidence diffraction anomalous fine structure
报道了利用互补反常衍射技术对小尺寸嵌入式纳米结构的研究。GAN量子点（QD），生长的分子束外延在一个修改的Stranski-Krastanow模式，研究了应变和局部环境，作为AlN盖层厚度的函数，通过掠入射异常衍射。也就是说，X射线光子能量在Ga吸收K边缘上被调谐，这使得衍射具有化学选择性。测量\textit{hkl} -扫描，接近AlN（30-30）布拉格反射，在几个能量横跨Ga K-边缘，允许提取Ga部分结构因子，从其推导出GAN量子点的面内应变。从固定的Q能量依赖的衍射强度谱，测量对应于平均面内应变状态的量子点的衍射选择的等应变区域，关于组合物和面外应变的定量信息已经获得。我们恢复了点中的面内和面外应变。与赝晶层中的双轴弹性应变的比较表明了过应变状态的趋势。
2005-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Patterned Probes for High Precision 4D-STEM Bragg Measurements
通过四维扫描透射电子显微镜（4D-STEM）进行的纳米级应变映射依赖于确定布拉格散射电子在衍射图案序列中的精确位置，这是一项因动态散射、非弹性散射和散粒噪声而复杂化的任务。这些特征阻碍了衍射盘的精确自动计算检测和位置测量，限制了局部变形测量的精度。在这里，我们调查使用图案化探针，以提高应变映射的精度。我们压印的“靶心”图案的探头上，通过使用二进制掩模的探头形成的光圈，以提高鲁棒性的峰值查找算法内的衍射盘的强度调制。我们表明，这种压印导致大幅提高应变映射精度的空间分辨率略有下降的代价。在一个无应变的硅参考样品的实验中，我们观察到的应变测量精度的改善，从2.7%的倒易晶格矢量与标准探针到0.3%，使用靶心探针薄样品，和厚样品的改善从4.7%到0.8%。我们还使用多层模拟来探索样品厚度和电子剂量如何限制4D-STEM应变测量的准确度和精度。
2019-11-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multi-modal strain mapping of steel crack tips with micrometer spatial resolution
本研究结合同步辐射X射线衍射、X射线荧光和光学显微镜，以约1微米空间分辨率成像钢裂纹尖端真实应变场，并实现裂纹扩展预测。
2025-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Scanning X-ray Diffraction Microscopy for Diamond Quantum Sensing
理解CVD金刚石中纳米和微米尺度的晶体应变对于金刚石量子技术的进步至关重要。特别是，这种应变的存在及其表征对基于金刚石的量子传感和信息应用以及未来的暗物质探测器提出了挑战，其中入射粒子的方向信息被编码在晶体应变中。在这里，我们利用纳米聚焦扫描X射线衍射显微镜定量测量晶体变形的缺陷，在金刚石具有高的空间和应变分辨率。结合来自多个布拉格角的信息，允许立体三维建模的应变特征的几何形状;衍射结果通过比较验证的应变张量的光学测量的基础上自旋状态相关的光谱系综的氮空位（NV）中心的金刚石。我们的研究结果表明，应变和空间分辨率足以通过X射线测量晶体应变的暗物质的定向检测，并提供了一个有前途的工具，金刚石生长分析和改进的缺陷为基础的传感。
2022-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Nanoscale mapping of the full strain tensor, rotation and composition in partially relaxed In$_x$Ga$_{1-x}$N layers by scanning X-ray diffraction microscopy
应变和成分在半导体物理学中起着基础性的作用，因为它们是调整材料的电子和光学性质的手段，从而开发新器件。如今，以非破坏性的方式测量外延系统中的应变仍然是一个挑战，这在经常受到强烈应力的应变工程器件中变得特别重要。在这项工作中，我们展示了一个微观映射的应变和晶格取向的全张量通过扫描X射线衍射显微镜。我们开发了一种形式主义，以提取所有组件的应变和取向从一组扫描衍射测量和应用该技术的图案化的在$_x$镓$_{1-x}$ N双层研究应变弛豫和铟掺入现象。由于不同的铟含量和线程位错的贡献进行了分离和分析。
2022-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced single-domain growth of epitaxial SrRuO3 layers on SrTiO3: a high-temperature x-ray diffraction study
用高分辨X射线衍射研究了SrTiO_3（001）单晶衬底上外延生长的SrRu_3薄膜的温度结构相变。与体SrRuO 3相反，相干应变外延层在~730 oC下不显示立方对称性，并且保持四方对称性。这种行为被认为是由SrRuO 3层和SrTiO 3衬底之间的压缩应变由于晶格失配引起的。生长过程中的四方对称性解释了在具有沿[100]或[010]方向延伸的台阶边缘的错切SrTiO 3衬底上的单畴生长。
2007-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Direct strain and elastic energy evaluation in rolled-up semiconductor tubes by x-ray micro-diffraction
我们描述了使用X射线衍射作为一种工具，直接探测在卷起的半导体管的应变状态。通过采用连续弹性理论和一个简单的模型，我们能够定量模拟的应变弛豫在完美的晶体III-V族半导体双和多层膜，以及在卷起层与位错。在每种情况下的局部弹性能量的减少进行评估。的技术和理论模型的局限性进行了详细讨论。
2008-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Sequential tilting 4D-STEM for improved momentum-resolved STEM field mapping
本文提出一种顺序倾斜4D-STEM方法，通过记录不同倾斜下的完整衍射图样并生成vLACBED图样，无需硬件修改即可提升MRSTEM场映射质量，并适用于其他4D-STEM应用。
2025-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
The Principle of Strain Reconstruction Tomography: Determination of Quench Strain Distribution from Diffraction Measurements
评估大部分工程部件或自然物体内的残余弹性应变是一项具有挑战性的任务，因为通常它需要在三维中映射六分量张量。另一个挑战涉及有限分辨率数据的解释方式，是相称的和不矛盾的连续变形模型。这个问题的实际解决方案，如果要找到，必须包括有效的测量解释和数据处理技术。在本说明中，我们描述的原则，应变层析成像的高能X射线衍射，即重建的高维分布的应变在一个物体内的降维测量，并说明了这一原则的应用到一个简单的情况下重建的轴对称残余应变状态诱导的圆柱形样品淬火。本文提出的分析方法的基本原理可以很容易地推广到更复杂的情况。
2005-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Refinements for Bragg coherent X-ray diffraction imaging: Electron backscatter diffraction alignment and strain field computation
布拉格相干X射线衍射成像（BCDI）允许沿着特定微晶的散射矢量对晶格应变进行三维（3D）测量。如果测量至少三个线性独立的反射，则可以恢复微晶内的全晶格应变张量的3D变化。然而，这需要晶体取向的知识，这通常通过基于晶体几何形状或同步加速器微束劳厄衍射测量的估计来获得。在这里，我们提出了一种替代的方法来确定晶体取向的BCDI测量，通过使用电子背散射衍射（EBSD）在三个不同的基板上对齐Fe-Ni和Co-Fe合金微晶。从EBSD欧拉角计算取向矩阵，并与使用微束劳厄衍射确定的取向进行比较。取向矩阵之间的平均角度失配小于~6度，这对于布拉格反射的搜索是合理的。我们证明了使用来自EBSD取向矩阵对准和测量五个反射为一个单一的Fe-Ni微晶使用多反射BCDI。利用该数据集，开发了基于相位复指数梯度的精细应变场计算。这种方法被证明可以提高精度，特别是在存在位错的情况下。我们的研究结果表明，使用EBSD预对准BCDI样品和更有效的方法来确定晶格应变张量具有更高的精度的应用程序的可行性。
2022-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Radius-Dependent Homogeneous Strain in Uncoalesced GaN Nanowires
我们研究了在Ti/Al $_{2}$ O $_{3}(0001)$衬底上用等离子体辅助分子束外延方法制备的薄且几乎无聚结的自组装GAN纳米线的应变状态。高分辨率X射线衍射谱中布拉格峰的位移揭示了在面外方向存在均匀的拉伸应变。该应变与平均纳米线半径成反比，并且由作用在纳米线侧壁上的表面应力引起。在相同的合奏不同半径的纳米线的应变的叠加结果在模拟宏观尺度上的不均匀应变的布拉格峰的加宽。的纳米线合奏示出了一个小的蓝移的束缚激子跃迁的光致发光光谱，反映了存在的补偿面内压缩应变，进一步支持掠入射X射线衍射测量在同步加速器进行。通过结合X射线衍射和光致发光光谱，实验确定构成纳米线侧壁的空气暴露GAN $\{1\bar100\}$平面的表面应力分量$f_{x}$和$f_{z}$分别为2.25和$-0.7$ ~N/m。
2020-02-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Inversion of the Diffraction Pattern from an Inhomogeneously Strained Crystal using an Iterative Algorithm
通过在迭代相位恢复算法中加入约束条件，得到了高度非均匀应变晶体中的位移场。这些约束包括直接的空间密度均匀性，以及对位移场的不同分量的符号和导数的约束。该算法被应用到一个实验的倒易空间地图测量使用高分辨率X射线衍射从硅线阵列和获得的位移场的分量是非常好的协议与使用有限元模型计算的。
2007-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Automated crystal orientation mapping by precession electron diffraction assisted four-dimensional scanning transmission electron microscopy (4D-STEM) using a scintillator based CMOS detector
电子敏感和像素化探测器的最新发展吸引了四维扫描透射电子显微镜（4D-STEM）的使用。在这里，我们提出了一个进动电子衍射辅助4D-STEM技术的自动取向映射使用衍射斑点图案直接捕获的柱闪烁体的互补金属氧化物半导体（CMOS）检测器。我们比较的结果到一个传统的方法，它利用一个外部CCD摄像机拍摄的荧光屏。探测器的高动态范围和信噪比特性大大提高了衍射图案的图像质量，特别是在高散射角下衍射斑点的可见性。在通过模板匹配过程重建的方向图中，与传统方法相比，CMOS数据产生了显着减少的错误索引和更高的可靠性。也可以通过掩蔽接近直接光束的反射来提高取向差测量的角分辨率。这是因为在高散射角下取向敏感的、弱的和小的衍射斑点更显著。结果表明，精细的细节，如纳米晶粒，纳米孪晶和亚晶界可以解决与亚度角分辨率，这是可比的取向映射使用菊池衍射图案。
2021-03-05 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Two-Dimensional Strain Mapping with Scanning Precession Electron Diffraction: An Investigation into Data Analysis Routines
本文针对小会聚角条件下的扫描进动电子衍射（SPED）应变分析缺乏系统研究的问题，提出了一套完整的实验与分析工作流程，并通过砷化镓纳米线案例比较了三种寻峰算法，同时公开了源代码与原始数据以供复现。
2023-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Mapping the full lattice strain tensor of a single dislocation by High Angular Resolution Transmission Kikuchi Diffraction (HR-TKD)
利用高分辨率透射菊池衍射（HR-TKD）在扫描电子显微镜（SEM）上绘制了纯钨中位错引起的全晶格应变张量和晶格旋转。的HR-TKD测量同意非常好的前向计算使用弹性各向同性模型的位错及其伯格斯矢量。我们的研究结果表明，HR-TKD在SEM中的空间和角分辨率足够高，以解决个别位错附近的晶格畸变的细节。这种能力开启了许多新的有趣的机会，例如以快速和直接的方式确定未知位错的Burgers矢量。
2018-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Computational diffraction reveals long-range strains, disorder and crystalline domains in atomic scale simulations
原子尺度的模拟是现代科学的一个关键要素，因为它们允许在自然基本定律的基础上理解甚至预测复杂的物理或化学现象。在现有的不同的原子尺度模拟方法中，分子动力学（MD）已将其本身作为选择的方法来模拟材料结构在外部刺激作用下的行为，例如温度，应变或应力，辐照等。尽管MD在凝聚态科学中广泛使用，但一些基本的材料特性仍然难以确定。例如，这是在严重无序材料中的长程应变张量的情况，或者缺乏明确定义的边界的旋转结晶域的量化。在这项工作中，我们介绍了计算衍射作为一种快速和可靠的原子尺度模拟细胞的结构表征工具。与通常的直接空间方法相比，计算衍射在倒易空间中操作，因此对长程空间相关性高度敏感。与有缺陷的UO 2的例子，它表明，均匀应变张量，非均匀应变张量，无序，以及旋转的微晶是直截了当，毫不含糊地确定。计算衍射可应用于任何类型的原子尺度模拟，并可与其他分析工具并行实时执行。在实验工作流程中，衍射和显微镜几乎系统地一起使用，以便从它们的互补性中受益。计算衍射，与计算显微镜一起使用，可以潜在地在未来的原子尺度模拟中发挥重要作用。
2021-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Fast Grain Mapping with Sub-Nanometer Resolution Using 4D-STEM with Grain Classification by Principal Component Analysis and Non-Negative Matrix Factorization
使用扫描纳米束电子衍射（也称为4D扫描透射电子显微镜，或4D-STEM）结合高速直接电子检测，展示了具有亚纳米空间分辨率的高通量晶粒测绘。一个电子探针的尺寸下降到0.5 nm的直径实施和研究的样品是金-钯纳米粒子催化剂。4D-STEM数据集的计算分析使用盘配准算法来执行，以识别衍射峰，然后进行特征学习以映射各个晶粒。比较了两种无监督特征学习技术：主成分分析（PCA）和非负矩阵分解（NNMF）。的PCA与NNMF输出的特性进行了比较，并讨论了在高空间分辨率的晶粒取向的统计分析的4D-STEM方法的潜力。
2021-03-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Elastic vs. plastic strain relaxation in coalesced GaN nanowires: an x-ray diffraction study
自发形成的GAN纳米线的密集阵列中的聚结通过集束进行：相邻纳米线在其顶部弯曲并合并，从而以弯曲的弹性能为代价降低其表面能。我们给这个捆绑过程的能量的理论描述。的弯曲能量被证明是通过在聚结关节的位错的创建大大减少。实验和计算的X射线衍射曲线的比较，从合奏的捆绑纳米线表明，很大一部分的弯曲能量确实是放松的塑性形变。残余弯曲通过衍射轮廓的延伸尾部来表现。
2016-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of strain and stacking faults in single nanowires using Bragg coherent diffraction imaging
布拉格反射的相干衍射成像（CDI）是一种很有前途的研究纳米结构中三维（3D）成分和应变场的技术，它可以直接从单个物体上记录的相干衍射数据中恢复。在这篇文章中，我们报告的结果为单一的均匀和异质纳米线的直径小于100 nm，我们使用CDI检索这些线中存在的变形和故障的信息。文章还讨论了堆垛层错的影响，这可能会在纳米线形状和变形的重建过程中产生伪影。
2010-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Scanning electron diffraction tomography of strain
应变工程用于在一系列现代技术中获得所需的材料特性。然而，由于缺乏合适的实验技术和数据分析工具，这些材料内的三维应变张量场的直接纳米级测量受到限制。扫描电子衍射已成为一个强大的工具，用于获得二维地图的应变分量垂直于入射电子束方向。这种方法的扩展，以恢复完整的三维应变张量场已受到限制，虽然没有一个正式的框架，张量层析成像使用这样的数据。在这里，我们表明，它是可能的，以重建完整的非对称应变张量场作为解决不适定张量层析成像逆问题。然后，我们证明了这个层析成像问题的分析和计算的属性，突出为什么将进动进行扫描进动电子衍射可能是重要的。我们建立了一个非对称张量层析成像的一般框架，并通过计算证明了其适用性，实现应变层析成像与扫描进动电子衍射数据。
2020-11-10 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Optical diffraction spectroscopy of excitons in uniaxially-strained GaN films
利用共线偏振激光脉冲，研究了单轴应变GAN层的简并四波混频光谱。四波混频信号对激子振子强度的非线性响应增强了对极化激子的灵敏度，从而可以映射出应变场的面内各向异性。观察到的高对比度光谱偏振清楚地显示了激子的精细结构分裂，这也证实了量子拍频时间的变化。
2004-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Disentangling multiple scattering with deep learning: application to strain mapping from electron diffraction patterns
Center for Nanoscale Materials, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室纳米尺度材料中心）；National Center for Electron Microscopy, Molecular Foundry, Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室国家电子显微镜中心（分子工厂））；Department of Materials Science and Engineering, University of California, Berkeley（加利福尼亚大学伯克利分校材料科学与工程系）；Scientific Data Division, Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室科学数据部）
实施快速、稳健且全自动的管道来确定晶体材料的晶体结构和基础应变映射对于许多技术应用非常重要。扫描电子纳米衍射提供了一个程序，用于识别和收集应变图具有良好的精度和高空间分辨率。然而，这种技术的应用是有限的，特别是在厚的样品中，电子束可以经历多次散射，这引入了信号的非线性。深度学习方法有可能反转这些复杂的信号，但以前的实现通常只在特定的晶体系统或晶体结构和显微镜参数相空间的一小部分上进行训练。在这项研究中，我们实现了一个傅立叶空间，复值深度神经网络称为FCU-Net，将高度非线性的电子衍射图案转化为相应的定量结构因子图像。我们使用超过200，000个独特的模拟动态衍射图案来训练FCU-Net，这些图案包括晶体结构，取向，厚度，显微镜参数和常见实验工件的许多不同组合。我们根据模拟和实验4D-STEM衍射数据集评估了训练的FCU-Net模型，其性能大大优于传统分析方法。我们的模拟衍射图案库、FCU-Net的实现和训练的模型权重可在开源存储库中免费获得，并可适用于许多不同的衍射测量问题。
2022-02-01 cond-mat.mtrl-sci cs.CV physics.app-ph
Training artificial neural networks for precision orientation and strain mapping using 4D electron diffraction datasets
描述了使用模拟的动态电子衍射图案来训练人工神经网络（ANN）和卷积神经网络（CNN）的技术。前提是基于以下事实。首先，在给定合适的晶体结构模型和散射势的情况下，利用动力学衍射理论可以精确地模拟电子衍射花样。其次，使用模拟的衍射图案作为输入，可以训练神经网络用于确定晶体结构特性，例如晶体取向和局部应变。此外，通过将训练的ANN应用于使用扫描电子纳米衍射（SEND）或4D扫描透射电子显微镜（4D-STEM）技术收集的四维衍射数据集（4D-DD），可以以高空间分辨率映射晶体结构性质。在这里，我们展示了人工神经网络在高精度分析晶体取向和应变方面的可能性，并通过与以前的方法进行比较，对人工神经网络和CNN的性能进行了基准测试。在0.009度（0.16 mrad）的取向映射，在0.04%或更低的应变映射的灵敏度，并在计算性能的改进的角分辨率的30倍的改善被证明。
2021-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intragranular Strain Estimation in Far-Field Scanning X-ray Diffraction using a Gaussian Processes
提出并评价了一种基于扫描三维X射线衍射数据（scanning-3DXRD）估算多晶材料晶内应变场的新方法。在已知各向异性柔度的情况下，回归方法可以使线弹性应变场重建中的线动量和角动量保持平衡。通过使用高斯过程（GP），所提出的方法可以产生重建应变场的不确定性的空间估计。此外，可以通过超参数估计相对于测量来优化对空间平滑度的约束。这三个特征解决了针对先前现有的扫描3DXRD重建方法所讨论的弱点，并且因此提供了更鲁棒的应变场估计。该方法是双重验证，首先通过重建合成衍射数据，其次，通过重建以前研究的锡（Sn）颗粒嵌入在多晶试样。最近提出的代数反演技术实现重建的比较。结果发现，GP回归始终产生较低的均方根误差，平均绝对误差和最大绝对误差在所有六个组件的应变重建。
2021-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
RaDMaX online: a web-based program for the determination of strain and damage profiles in irradiated crystals using X-ray diffraction
RaDMaX在线是对先前发布的RaDMaX（用X射线衍射分析材料中的辐射损伤）软件的重大更新[Souilah，Boulle & Debelle，J. Appl. Cryst.（2016）49，311-316]。该程序具有一个用户友好的界面，允许检索应变和无序的深度分布在辐照晶体从模拟的X射线衍射数据记录在对称$θ/2θ$模式。与其前身相比，RaDMaX在线版已经完全重写，以便能够在简单的Web浏览器中运行，从而避免了在用户计算机上安装任何编程环境的必要性。RaDMaX在线Web应用程序是用Python编写的，并在一个实现图形小部件和交互式绘图的笔记本中开发。RaDMaX在线是免费和开源的（CeCILL许可证），可以在互联网上访问：https://aboulle.github.io/RaDMaX-online/。
2019-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Multi-angle precession electron diffraction (MAPED): a versatile approach to 4D-STEM precession
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Stanford University（斯坦福大学）
本文提出多角度进动电子衍射（MAPED）方法，通过采集不同入射束倾角的4D-STEM扫描并后处理平均，以减小Ewald球曲率影响，提升应变和取向测量精度，并在多种硬件配置下验证了其通用性。
2025-10-16 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
On recovering intragranular strain fields from grain-averaged strains obtained by high-energy X-ray diffraction microscopy
针对HEDM/3DXRD仅提供晶粒平均应变的问题，提出通过寻找边界牵引力分布恢复弹性多晶材料整体应变场的方法，证明解的非唯一性并定义最佳近似重建，发现圆柱试样中非唯一性不确定性随距两端距离指数衰减，并在AlON样品上验证。
2025-05-01 cond-mat.mtrl-sci math.AP
Strain Wave Pathway to Semiconductor-to-Metal Transition revealed by time resolved X-ray powder diffraction
由于超快科学的显著发展，今天的挑战之一是通过用光脉冲控制连接两个不同相的相干运动来修改材料状态。在这里，我们将展示如何应变波，发射的电子和结构的前体现象，确定一个宏观的转换路径为金属的过渡与大的体积变化的钛$_3$ O $_5$纳米晶体的烧结。飞秒粉末X射线衍射使我们能够量化与光致相变相关的时间尺度上的结构变形。我们监测周围吸收金属二聚体的早期细胞内的变形，但也动态地由声波发射在激光暴露的Ti $_3$ O $_5$表面的远程晶体变形。我们合理化这些意见与一个简化的弹性模型，表明宏观转变发生伴随着传播声波前的皮秒时间尺度上，几十年前比随后的热扩散的热过程。
2020-02-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultrafast light-induced shear strain probed by time-resolved X-ray diffraction: the model multiferroic BiFeO$_3$ as a case study
在极短的时间尺度上实现复杂系统的光控制，产生了具有广阔应用前景的丰富物理学。虽然至关重要，但纵向和剪切光致应变的定量测定仍然具有挑战性。在这里，通过仔细检查使用皮秒时间分辨X射线衍射实验在BiFeO $_3$的不对称布拉格峰对$(\pm h01)$，我们同时确定的纵向和剪切应变。这些应变的相对幅度可以解释，只有当热和非热过程有助于声学声子光生过程。重要的是，我们还揭示了由于准纵向和准横向声模的相互作用，以及我们的模型再现的纵向应变相对于剪切的动态响应的差异。
2020-07-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Phase Retrieval of Highly Strained Bragg Coherent Diffraction Patterns using Supervised Convolutional Neural Network
针对高应变晶体BCDI相位恢复难题，提出用监督CNN预测倒空间相位，结合逆傅里叶变换与迭代细化，在模拟和实验数据上优于标准算法。
2025-07-09 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
Decoupling Composition and Band Gap in $κ$-Ga$_2$O$_3$ Heterostructures via STEM-EELS
University of Oslo（奥斯陆大学）；University of Leipzig（莱比锡大学）
针对氧化物异质界面电子特性高分辨率映射的挑战，本研究采用STEM-EELS结合定制分析框架，解析κ-Ga₂O₃基多层膜带隙变化，发现界面应变在调控局域能带结构中比成分更具主导作用。
2025-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Structural behaviour of BiFeO3/SrRuO3 superlattices: an X-ray diffraction and Raman spectroscopy investigation
用脉冲激光沉积法在（001）取向的LaAlO 3衬底上外延生长了BiFeO 3/SrRuO 3超晶格，并对其进行了X射线衍射和Raman光谱分析。为了研究斜方晶系BiFeO 3和斜方晶系SrRuO 3之间的结构竞争，所有SL的总厚度保持恒定，而双层厚度（周期）Λ变化。因此，层间应变效应从大应变效应（短Λ周期）调谐到准弛豫结构（大Λ）。利用X射线衍射和声子动力学的补充调查提示，从菱面体的超晶格结构的四角体的层间应变效应的增加。
2021-07-08 cond-mat.mtrl-sci
X-ray diffraction strains in laser-ablated aluminum, nickel, sodium and Invar: pressures to 475 GPa
本文通过原位纳秒 X 射线衍射测量激光烧蚀 Al、Ni、Na 和 Invar 在数百 GPa 下的轴向与面内应变，以区分静水压缩与单轴应变模型。
2025-08-28 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Strain distribution in polycrystals: Theory and Application for Diffraction Experiments
具有高度各向异性性质的晶粒的组分的随机织构的多晶材料可以被认为是全局各向同性的。为了确定各向同性的属性，如弹性或导电性，我们提出了一个理论，用于平均相应的张量统一Voigt的，Reuss的或其他自洽的均匀化理论的系数。我们应用该方法来确定弹性模量的无织构多晶体与任意晶体结构，恢复实验数据与立方材料的高精度。我们表明，平均模量可以用来预测分析的应力和应变状态内的单个晶粒与中子衍射测量的比较证明。最后，我们讨论了一些可能的概括织构材料的进一步应用。
2018-12-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Helium-Implantation-Induced Lattice Strains and Defects in Tungsten probed by X-ray Micro-diffraction
钨是未来聚变反应堆中面向等离子体的装甲部件的主要候选材料。高能聚变中子的轰击导致碰撞级联损伤和缺陷形成。由嬗变产生并从等离子体注入的氦与缺陷的相互作用，改变了缺陷的保留和行为。本文研究了不同剂量氦离子注入钨及钨合金后的残余晶格应变。能量和深度分辨的同步辐射X射线微衍射独特地允许以亚微米3D空间分辨率和~10-4应变灵敏度测量晶格应变。氦剂量从300 appm增加到3000 appm，体积应变仅增加~2.4倍，表明在低氦剂量下，每个注入的氦原子的缺陷保留率高~3倍。这表明，缺陷保留不是注入氦剂量的简单函数，而是强烈依赖于材料成分和杂质的存在。相反，W-1wt%Re合金样品和不同的晶体取向的分析表明，无论是存在的缺陷和晶体取向，有相对较小的影响，对缺陷保留。这些见解是未来反应堆中装甲部件设计的关键，在预测部件寿命和性能时，必须考虑辐照引起的尺寸变化。
2018-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Unsupervised segmentation and clustering workflow for efficient processing of 4D-STEM and 5D-STEM data
Stanford University（斯坦福大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出一种无监督分割与聚类方法，用于高效处理4D-STEM和5D-STEM数据，通过局部衍射图案相似性提取闭合轮廓，实现结构一致行为的分割，提升信号质量并压缩数据量，适用于原位液态细胞4D-STEM数据。
2026-04-20 cond-mat.mtrl-sci eess.IV
Glancing-Incidence Focussed Ion Beam Milling: A Coherent X-ray Diffraction Study of 3D Nano-scale Lattice Strains and Crystal Defects
本研究提出了一个详细的检查由掠入射聚焦离子束（FIB）铣削引入的晶格畸变。使用非破坏性的多反射布拉格相干X射线衍射，我们探测损伤形成在最初的原始金微晶以下几个阶段的FIB铣削。这些实验允许访问具有~25 nm 3D空间分辨率的微晶中的完整晶格应变张量，从而能够对所形成的残余晶格应变和缺陷进行纳米级分析。我们的研究结果表明，30 keV掠入射铣削产生更少的大缺陷比正常入射铣削在相同的能量。然而，所产生的残余晶格应变具有相似的幅度，并延伸到样品中约50 nm。在铣削表面的边缘处，离子束尾部以接近法向入射的方式撞击样品，形成具有一系列Burgers矢量的大位错环。用5 keV离子能量的进一步掠射入射FIB抛光去除了这些位错环，并减少了由更高能量的FIB研磨引起的晶格应变。然而，即使在较低的离子能量下，损伤诱导的晶格应变存在于~20 nm厚的表面层内。这些结果强调需要仔细考虑和管理FIB损伤。他们还表明，低能量FIB铣削是一种有效的工具，用于消除FIB铣削诱导的晶格应变。这对于制备微机械测试样品和应变显微镜样品非常重要。
2017-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Role of ferroelectric polarization during growth of highly strained ferroelectrics revealed by in-situ x-ray diffraction
钙钛矿氧化物薄膜的应变工程已被证明是增强和诱导铁电行为的非常强大的方法。在铁电薄膜和超晶格中，极化与晶体结构有着错综复杂的联系，但我们在这里表明，它也可以在生长过程中发挥重要作用，影响生长速率，弛豫机制，电性能和畴结构。我们已经详细研究了这种效果，通过专注于非常薄的PbTiO $_{3}$层上生长的BaTiO $_{3}$薄膜的性能，使用组合的X射线衍射，压力显微镜，电特性和快速原位X射线衍射倒易空间图在生长过程中使用同步辐射。使用一个简单的模型，我们表明，在增长的变化是由顶部材料的能量成本驱动，以维持由下层施加在它上面的极化，这些影响可能会发生在其他多层系统中，极化是在生长过程中存在。我们的研究激发了生长过程中极化工程的概念，作为应变工程的一种新的补充方法。
2019-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Stroboscopic X-ray Diffraction Microscopy of Dynamic Strain in Diamond Thin-film Bulk Acoustic Resonators for Quantum Control of Nitrogen Vacancy Centers
针对吉赫兹动态应变缺乏工作态成像工具的问题，本研究用频闪扫描硬X射线衍射显微术成像金刚石薄膜体声波谐振器内的声应变，结合光学测量直接测得NV自旋-应力耦合参数，提供了交流晶格应变成像新方法与NV中心基本常数测量结果。
2023-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Experimental quantification of atomically-resolved HAADF-STEMimages using EDX
通过量化HAADF-STEM中的对比度，获得了InGaN/GAN多量子阱结构中铟组分的原子分辨映射。这里介绍的定量程序不依赖于计算密集型模拟，而是使用EDX测量来校准HAADF-STEM对比度。从映射中获得的铟成分直方图为InGaN的生长提供了独特的见解：从GAN到InGaN的过渡，反之亦然，发生在成分的离散增量中;每个增量对应于界面的一个单层，表明成核需要比台阶的横向生长更长的时间。应变状态分析也是通过将峰对分析应用于确定对比度定量的原子柱的位置来执行的。的strainmapping产生的组合物的估计在良好的协议从量化HAADF-STEM获得的，虽然精度较低。可能的改进，以提高精度的应变映射进行了讨论，开放的潜在途径的量化任意四元合金在原子尺度上。
2020-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Neural Object Detection for 4D STEM: High-Throughput Sub-Pixel Electron Diffraction Pattern Recognition
本文提出一种用于大规模4D-STEM数据集的端到端神经目标检测后处理框架，结合亚像素中心定位算法，实现了5x10^-4的应变测量精度与超100fps的处理速度，大幅加速了材料相识别与应变映射。
2025-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Electron Bessel beam diffraction for precise and accurate nanoscale strain mapping
应变对材料的性能和电子器件的性能有很大的影响。它们不断缩小的尺寸转化为对具有非常高的空间分辨率的准确和精确测量方法的不断需求。在这方面，由于透射电子显微镜能够以亚纳米分辨率绘制应变图，因此透射电子显微镜是关键仪器。本文提出了一种基于电子贝塞尔光束衍射的纳米尺度应变测量新方法。我们证明，我们的方法提供了一个应变灵敏度优于$2.5 \cdot 10^{-4}$和$1.5 \cdot 10^{-3}$的准确性，竞争，或优于现有的最好的方法，一个简单，易于使用的实验装置。
2019-06-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
In situ Bragg coherent X-ray diffraction imaging of corrosion in a Co-Fe alloy microcrystal
腐蚀是许多行业的主要关注点，因为腐蚀性环境会引起结构和形态变化，导致材料溶解并加速材料失效。腐蚀的进展取决于纳米级形态、应力和存在的缺陷。实验监测这种复杂的相互作用是具有挑战性的。本文利用原位布拉格相干X射线衍射成像（BCDI）技术研究了钴铁合金微晶在盐酸（HCl）中的溶解过程。通过在环境条件下测量单个孤立微晶的五个布拉格反射，我们比较了腐蚀前的全三维（3D）应变状态和整个腐蚀过程中沿[111]方向的应变。我们发现，应变的晶体表面层溶解，留下一个逐步减少应变的表面。有趣的是，在腐蚀过程中，靠近晶体中心的平均应变增加。我们确定的局部腐蚀速率从BCDI数据，揭示了优先溶解的方面更多地暴露于酸流，突出了实验的几何效果。这些结果为理解晶体应变、形态和腐蚀之间的相互作用带来了新的视角;这是设计更耐腐蚀材料的先决条件。
2022-01-27 cond-mat.mtrl-sci
NLSTEM: Non-local denoising for enhanced 4D-STEM pattern indexing
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；US Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）
本文提出NLSTEM方法，通过非局部模式平均和重新索引算法提升4D-STEM图案索引效率，实验显示信号噪声比提升显著，尤其在离子辐照损伤样本中效果更佳。
2026-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Imaging Strain-Localized Single-Photon Emitters in Layered GaSe below the Diffraction Limit
本研究结合多种显微技术与密度泛函理论模拟，突破衍射极限研究层状GaSe中应变局域单光子发射器的特性，揭示其宽波长可调性、亮度增强效应及优异稳定性，为确定性量子光子学发展提供指导。
2023-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Reconstruction of three-dimensional strain field in an asymmetrical curved core-shell hetero-nanowire
基于透射电子显微镜对单个弯曲的非对称核壳异质纳米线进行了晶体取向和应变映射。它依赖于对1.3 nm电子探针尺寸获得的扫描纳米束电子衍射数据的全面分析。所提出的方法也处理出现孪生缺陷的衍射图案的问题，并允许调查的材料具有高缺陷密度。实验图的基础上，并比较有限元模拟，一个隐藏的核-壳几何形状和全三维应变分布内的弯曲的核-壳纳米线。作为效果，仅用单区轴衍射实验获得了低剂量的准层析数据。我们的方法也适用于电子束敏感的材料进行常规的断层扫描是一项艰巨的任务。
2023-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Physics-aware global Rietveld refinement for high-energy X-ray diffraction microscopy with application to reconstructing intragranular orientation and strain fields
California Institute of Technology（加州理工学院）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
针对高能X射线衍射显微术中晶粒内部应变场重建的物理一致性问题，提出一种将变形物理融入前向模拟并采用全局Rietveld精修的物理感知方法，显著提升重建质量，并发布开源实现PARA-X。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Residual Strain Dependence on Matrix Structure in RHQ-Nb3Al Wires by Neutron Diffraction Measurement
我们制备了三种不同基体结构的非Cu RHQ-Nb 3Al丝材样品：全Ta基体、Nb和Ta的复合基体与Ta内丝以及全Nb基体。在J-PARC“TAKUMI”中在室温下测量线样品的中子衍射图案。为了获得材料的残余应变，我们通过多峰分析估计了丝中的晶格常数a。测量每根线材的粉末样品，其中粉末被认为是无应变的。所有粉末样品的晶粒尺寸均小于0.02 mm。对于具有全Nb基体的线材样品，我们还通过单峰分析获得了晶格间距d。根据两种分析结果估算了Nb 3Al丝的残余应变，并进行了比较。结果表明，多峰分析法得到的残留菌株具有较好的准确性，标准偏差较小。三种试样中Nb 3Al丝的残余应变的多峰分析结果均为轴向拉伸残余应变，全Ta基体、复合基体和全Nb基体的残余应变分别为0.12%、0.12%和0.05%。复合材料和纯Nb基体试样中Nb 3Al纤维的残余应变存在差异，表明纤维间材料的类型对残余应变有很大影响。本文报道了三种非铜RHO-Nb_3Al线材残余应变的测量方法、分析方法和结果。
2011-11-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Elastic constants and stress-strain in thin films: application in fiber-textured gold film by X-Ray diffraction
本文的目的是建立一个模型，使用解析方程，基于弹性理论的连续介质的小变形，其目的是完全表征材料的力学性能以及主应力-应变的薄膜。该方法不同于通常带来晶体对称性或直接涉及晶体材料的标准文献。从薄膜的第一性原理出发，定义和分析弹性介质中的各向异性是完全可能的。因此，应变和应力之间的本构关系将被认为是正交各向异性的，服从广义胡克定律。基于牛顿定律和能量守恒原理，提出了一个新的薄膜-衬底系统应力方程。作为应用，本文采用Faurie等人（2005）在Kapton衬底上沉积的纤维织构金薄膜的同步辐射X射线衍射原位拉伸测试技术和数据。由于金薄膜和衬底被认为是横向各向同性的，因此，首先需要进行纹理分析，目的是确定可用于模型方程的每个结晶方向的可能欧拉角（$ϕ$）和（$ψ$）。有了这些数据，就可以为施加到样品上的每个力绘制图形，$\varepsilon$（应变）× F。将实验曲线与理论公式进行比较，可以得到各向异性金薄膜的力学性能和主应力-应变。将结果与Faurie et al（2005）的结果进行了比较。
2018-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Three Dimensionial Surface Modelling: A Novel Analysis Technique for Non-Destructive X-Ray Diffraction Imaging of Semiconductor Die Warpage & Strain in Fully Encapsulated Integrated Circuits
用于先进集成电路（IC）技术的未来互补金属氧化物半导体（CMOS）缩放可能很好地取决于使用基于半导体器件的异构集成的“超过摩尔”（MtM）方法。为了实现这一目标，包括系统级封装（SiP）、片上系统（SoC）和3D集成电路（3D IC）在内的先进封装技术是关键的实现技术。然而，这些先进的封装受到可靠性问题的困扰，并且到目前为止，还没有被证明或接受的非破坏性计量，其可以同时探测这些系统中从裸硅管芯到完全封装的封装系统的材料特性，例如应变、翘曲、位错产生等。我们在这里报告的发展，一种新的，X射线衍射和分析技术，它可以解决这个主要的计量差距，我们证明了非破坏性生产的X-Y空间地图的变形和应变场在硅芯片内完全封装的集成电路封装。该技术，我们称之为三维表面建模（3DSM），是用来获得高分辨率（~3 μm）的应变/翘曲地图，和翘曲的性质和程度的定量信息，在一个示范四无扁平引线（QFN）先进的封装运行从早期阶段的硅芯片键合到制造过程的结束，即一个完全封装和生产就绪的芯片。
2012-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Deconvoluting Thermomechanical Effects in X-ray Diffraction Data using Machine Learning
本文提出融合物理建模与GPR机器学习的X射线衍射分析方法，实现热应变与机械应变的解卷积及应变分布提取。
2025-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The Exit-Wave Power-Cepstrum Transform for Scanning Nanobeam Electron Diffraction: Robust Strain Mapping at Subnanometer Resolution and Subpicometer Precision
扫描纳米束电子衍射（NBED）与快速像素化检测器是一种有价值的技术，快速，空间分辨映射的晶格结构在很宽的长度尺度。然而，由动态衍射和样品混合物引起的强度变化会阻碍定量所需的衍射盘中心的测量。需要强大的数据处理技术来为复杂样品和非理想条件提供准确和精确的测量。在这里，我们提出了一种方法来解决这些挑战，使用变换，称为出口波功率倒谱（EWPC），在音频信号处理中的倒谱分析的启发。EWPC将NBED图案转换为具有对应于原子间间距的尖峰的实空间图案。我们描述了一个简单的分析模型解释这些图案，干净地从NBED图案的倾斜和厚度引起的强度变化的晶格信息。通过跟踪EWPC图案中的原子间间距峰，应变映射证明了两个实际应用：映射的铁电畴在外延应变PbTiO 3膜和映射的应变分布在任意取向的核-壳Pt-Co纳米粒子燃料电池催化剂。EWPC变换使得能够以亚微米精度和亚纳米分辨率进行晶格结构测量，这对于小样品的倾斜和随机取向是鲁棒的。
2020-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simulations of Time-Resolved X-Ray Diffraction in Laue Geometry
本文提出了一种计算机模拟非对称劳厄透射几何条件下垂直于晶体表面任意传播应变的时间分辨X射线衍射（TRXD）的方法。我们提出了两个案例研究的可能应变产生的短脉冲激光照射：（i）热弹性的解析模型;（ii）包括电子-空穴扩散，俄歇复合，变形势和热扩散的影响的数值模型。与最近的实验结果进行了比较。
2005-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Pattern Matching Analysis of Electron Backscatter Diffraction Patterns for Pattern Centre, Crystal Orientation and Absolute Elastic Strain Determination: Accuracy and Precision Assessment
目标电子背散射图案（EBSPs）和动态模拟EBSPs之间的图案匹配用于确定图案中心（PC）和晶体取向，使用全局优化算法。系统的误差和精度与此方法进行了分析，使用动态模拟目标EBSP与已知的PC位置和方向。结果表明，对于无畸变的全分辨率图像（956 × 956像素），确定PC和方向的误差分别< 10 $^{-5}$的图案宽度和< 0.01°。噪声、光学失真和图像合并的引入被示出对误差有一些影响，尽管与使用传统的基于Hough变换的分析相比，使用图案匹配实现了更好的角分辨率。使用高分辨率（HR-）EBSD方法，但使用动态模拟EBSP作为参考模式的实验情况下，PC确定的准确性进行了探索。这是通过样品旋转实验和应变分析周围的一个无间隙原子的钢。
2019-04-15 cond-mat.mtrl-sci
