EBSDの説明
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多くの結晶構造は、ある一つの結晶学的対称群に属していますが、より高い対称性を持つグループと多くの特徴を共有しています。例えば、石英(SiO2)という鉱物は三方晶ですが、六角形に近い構造を持っています。これは疑似対称性と呼ばれ、電子後方散乱回折(EBSD)分析で大きな問題となります。石英の例で説明すると、画像は石英の典型的な低解像度EBSPと、2つの可能性のある解を<0001>軸を中心に互いに60°回転させたものです。
これらの系統的な指数付けの誤差は、通常、以下のような実験パラメーターを慎重に最適化することで回避することができます。
正しい(上)ソリューションと誤った(下)ソリューションを伴う、典型的な水晶(SiO2)の低分解能 EBSD パターン。誤ったソリューションは、正しいソリューションに対して<0001>軸を中心に60度回転しています(つまり、<m>軸が<a>軸の代わりになっています)。特定の Kikuchi バンド(赤い矢印で示す)の存在により、正しいソリューションを疑似対称性の同等物と区別していることに注意してください。
岩石サンプル中のイルメナイト(FeTiO3)粒子を示す方位マップ。一部の粒子に見られる市松模様や斑点は、イルメナイトの疑対称によるもので、低三角形(ラウエグループ -3)でありながら、高三角形(-3m)に非常に近いものです。
石英のような材料では、Tru-I クラス指数付けアルゴリズムは、材料の三方晶対称性をうまく解決し、系統的な指数付けミスを最小限に抑えます。しかし、材料によっては、実験パラメーターを最適化しても疑似対称性によって誤差が生じ、左図のような「チェッカーボード」のような方位マップになることがあります。
これらの問題を解決する方法は2つあり、(時間のかかるパターンマッチング技術に頼らない限り)以下のタブにまとめています。
AZtecHKL には、オプションのモジュール(「Pseudosymmetry」)があり、潜在的な疑似対称性の問題についての事前知識を利用して、正しい指数付けが保証されます。このツールは、良質の EBSP と一緒に使うのが最適で、以下のように作動します。
この方法には限界があります。EBSPの品質があまりにも低いと(等価な擬似対称構造間の差異を解決する必要があるため)困難です。また、構造間の差異は十分でなければならず、通常少なくとも1~2%の差異が必要です。
このアプローチの有効性を、以下の例で示します。結晶相 γ-TiAl は正方晶ですが、c : a 比がわずか 1.018 と小さく、立方晶に非常に近い構造です。従来の指数付け(左図)では、方位マップは特徴的な市松模様やまだら模様になり、指数付けアルゴリズムが2つ以上の解を区別し難いことを表しています。AZtecで疑似対称性ツールを有効にし、正確性のリファイン指数付けモード(<111>軸3回対称を使用)と組み合わせると、右図のように指数付けははるかに強固になり、この材料の双晶の詳細構造が完全に解明されました。
標準指数付けを使用して収集した γ-TiAl の方位マップの例(左)、および AZtec で正確性のリファインと疑似対称性を定義したものを組み合わせた例(右)
このアプリケーションの詳細については、こちらの詳細なアプリケーションノートをご覧ください。
多くの場合、疑似対称性に関連した指数付けの誤りの程度は比較的軽微で、データ収集が完了した時点で初めて明らかになります。このような場合、データ解析の過程で、疑似対称性誤差をクリーンアップできます。
このプロセスは、AZtecCrystal を使用して、以下の手順で実行できます。
このプロセスは、以下の水晶からのデータセットで実証され、同じ結晶学的関係を持つ本物の双晶の境界を保持しながら、孤立した疑似対称誤差を除去できることを示しています。
生データでは、水晶の擬似六方晶構造に起因する孤立した指数付け誤差が一部の粒子に含まれていることがわかります。これらは、孤立したピクセル、または赤い縁取りのあるピクセル群として表示されます(<0001> を中心に 60 度回転していることを示します)。しかし、同じ結晶学的関係を持つ「ドーフィネ双晶」も存在します。
IPF マップは、10 ピクセルを超える領域を持つ双晶ドメインを残し、疑似対称誤差を除去した後のデータを示しています。このプロセスにより、サンプル中の石英粒界の集団とドーフィネ双晶の程度を正確に分析することが可能になります。