py4DSTEM: пакет программ для анализа данных четырёхмерной сканирующей просвечивающей электронной микроскопии

Сканирующая просвечивающая электронная микроскопия (СПЭМ) позволяет получать изображения, дифракционные картины и спектры материалов в диапазоне масштабов от микрометров до атомов. Благодаря высокоскоростным детекторам прямой регистрации электронов стало возможным записывать полное двумерное изображение дифрагированного электронного пучка в каждом положении зонда, обычно расположенном на двумерной сетке. Такие наборы данных 4D-STEM содержат обширную информацию о локальной структуре, ориентации, деформации, электромагнитных полях и других свойствах образца. Однако для извлечения этой информации необходимы сложные конвейеры анализа, включающие подготовку данных, калибровку, анализ и визуализацию, а также обеспечивающие устойчивость к искажениям изображения и артефактам. В этой статье представлен py4DSTEM — написанный на Python программный инструментарий с открытым исходным кодом для измерения свойств материалов по данным 4D-STEM. Подробно описаны этапы калибровки наборов данных и различные методы измерения свойств методом 4D-STEM; представлены результаты обработки нескольких экспериментальных наборов данных. В py4DSTEM также реализован простой универсальный формат файлов для данных электронной микроскопии на основе стандарта HDF5 с открытым исходным кодом. Авторы надеются, что этот инструмент будет полезен исследовательскому сообществу и поможет совершенствовать стандарты данных и вычислительных методов в электронной микроскопии, и приглашают сообщество участвовать в развитии проекта.