DE102023125564A1 - Verarbeitungsvorrichtung, system, verfahren und programm - Google Patents

Abstract

Es werden eine Verarbeitungsvorrichtung, ein System, ein Verfahren und ein Programm zum Berechnen eines Strukturfaktors, der Gesamtstreuungsdaten und Daten eines Strukturmodells umfasst, bereitgestellt. Eine Verarbeitungsvorrichtung (400) zum Verarbeiten eines Strukturfaktors umfasst eine Strukturfaktor-Gewinnungssektion (410) zum Gewinnen eines ersten Strukturfaktors basierend auf gemessenen Gesamtstreuungsdaten; eine Datenkonvertierungssektion (420) zum Trennen des ersten Strukturfaktors in eine Kurzreichweiten-Korrelation und eine Langreichweiten-Korrelation; und eine Streuungsintensitätsberechnungssektion (430) zum Gewinnen eines Strukturmodells, das eine atomare Anordnung in einer endlichen Region anzeigt, zum Berechnen einer Kurzreichweiten-Streuungsintensität des Strukturmodells und zum Berechnen eines zweiten Strukturfaktors aus der Kurzreichweiten-Streuungsintensität und der Langreichweiten-Korrelation.

Description

• STAND DER TECHNIK
• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verarbeitungsvorrichtung, ein System, ein Verfahren und ein Programm zum Verarbeiten eines Strukturfaktors.
• Beschreibung des Standes der Technik
• Um die Funktionen von Materialien tiefgreifend zu verstehen, ist dreidimensionale Strukturinformation unerlässlich. Viele konventionelle Materialien sind kristalline Materialien, und daher konnten Ziele durch Bestimmen von Kristallstrukturen erreicht werden. In den letzten Jahren gibt es jedoch bei Materialien, wie etwa Batterien und Materialien in elektronischen Bereichen auch viele kristalline Materialien, bei denen eine Regelmäßigkeit positiv herabgesetzt ist, um die Funktion und die physikalischen Eigenschaften des Objekts zu maximieren.
• Konventionell erforderte eine lokalisierte Strukturschätzung von kristallinen Materialien eine komplizierte Einstellung von Parametern durch den Benutzer, um Beugungsreflexe zu berechnen. Daher besteht ein Bedarf nach einem Verfahren zum Schätzen einer lokalen Struktur eines kristallinen Materials, das keine komplizierte Einstellung von Parametern erfordert.
• Nicht-Patentdokument 1 offenbart Verfahren zum Berechnen von gebeugten Reflexen unter Verwendung eines RMCPOW-Verfahrens. Nicht-Patentdokument 2 offenbart einen Prozess zum Berechnen von gebeugten Reflexen unter Verwendung eines RMCProfile-Verfahrens. Patentdokument 1 offenbart ein Verfahren zum Ableiten eines kristallinen Strukturmodells und von Strukturparametern zum Reproduzieren der PDF durch gemessene Werte.
• Nicht-Patentdokument
• Nicht-Patentdokument 1: A. Mellergärd, R.L. McGreevy, Acta Crystallogr Acta Crystallogr. 55 (1999) 783-789.
• Nicht-Patentdokument 2: M.G. Tucker, M.T. Dove, D.A. Keen, J. Appl. Crystallogr. 34 (2001) 630-638.
• Patentdokument
• Patentdokument 1: JP-A-2020-94945
• Im Nicht-Patentdokument 1 wird jedoch nicht beschrieben, wie die Auflösungsfunktion des Streuvektors Q einzustellen ist, und es ist notwendig, dass der Benutzer einen Parameter auf geeignete Weise einstellt, bei dem die Verarbeitung erfolgreich verläuft. Im Nicht-Patentdokument 2 muss der Parameter der Profilfunktion separat unter Verwendung einer GSAS genannten Software berechnet werden. Dieser Vorgang muss über einen Konverter durchgeführt werden, der ähnliche Berechnungskosten erfordert wie das Durchführen einer normalen Rietveld-Analyse.
• Ferner werden bei dem in Patentdokument 1 beschriebenen Verfahren Parameter, die eine Wellenzahlabhängigkeit wie etwa eine Auflösungsfunktion und einen atomaren Streufaktor aufweisen, streng gehandhabt, und daher ist es notwendig, dass der Benutzer verschiedene Parameter einstellt, was Berechnungskosten verursacht. Das heißt, bei allen Verfahren des Nicht-Patentdokuments 1, des Nicht-Patentdokuments 2 und des Patentdokuments 1 müssen viele komplizierte Parameter vom Benutzer eingestellt werden, und es ist nicht einfach, ein Strukturmodell zu erstellen, das die tatsächlichen Messdaten erklären kann. Darüber hinaus fallen Berechnungskosten an.
• Als Ergebnis intensiver Forschung haben die gegenwärtigen Erfinder herausgefunden, dass durch Berechnen eines Strukturfaktors, der gemessene Gesamtstreuungsdaten und Daten eines Strukturmodells umfasst, Parameter, die von einem Benutzer bei der Schätzung einer lokalen Struktur einer Probe eingestellt werden, vereinfacht werden können, dass Berechnungskosten reduziert werden können, dass Eigenschaften sowohl der Gesamtstreuungsdaten als auch des Strukturmodells zusammen analysiert werden können, und dass darüber hinaus ein hochgenaues Strukturmodell, das in der Lage ist, die gemessenen Daten zu erklären, erzeugt werden kann, und die vorliegende Erfindung wurde vollendet.
• KURZER ABRISS DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf solche Umstände getätigt und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verarbeitungsvorrichtung, ein System, ein Verfahren und ein Programm zum Berechnen eines Strukturfaktors bereitzustellen, der Gesamtstreuungsdaten und Daten eines Strukturmodells umfasst.
1. (1) Um das obige Ziel zu erreichen, ist die Verarbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Verarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten eines Strukturfaktors, die eine Strukturfaktor-Gewinnungssektion zum Gewinnen eines ersten Strukturfaktors basierend auf gemessenen Gesamtstreuungsdaten; eine Datenkonvertierungssektion zum Trennen des ersten Strukturfaktors in eine Kurzreichweiten-Korrelation und eine Langreichweiten-Korrelation; und eine Streuungsintensitätsberechnungssektion zum Gewinnen eines Strukturmodells, das eine atomare Anordnung in einer endlichen Region anzeigt, zum Berechnen einer Kurzreichweiten-Streuungsintensität des Strukturmodells und zum Berechnen eines zweiten Strukturfaktors aus der Kurzreichweiten-Streuungsintensität und der Langreichweiten-Korrelation.
2. (2) Ferner wird bei der Verarbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Wert einer Grenze zwischen der Kurzreichweiten-Korrelation und der Langreichweiten-Korrelation basierend auf einer Größe und einer Form einer Region des Strukturmodells bestimmt.
3. (3) Ferner umfasst die Verarbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ferner eine Strukturbewertungssektion zum Berechnen eines Grades der Übereinstimmung oder eines Grades der Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor.
4. (4) Ferner umfasst die Verarbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ferner eine Strukturschätzungssektion zum Erstellen des Strukturmodells, wobei die Strukturbewertungssektion das Strukturmodell ausgibt, bei dem der Übereinstimmungsgrad oder der Abweichungsgrad eine vorbestimmte Bedingung erfüllt.
5. (5) Ferner berechnet bei der Verarbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Strukturbewertungssektion den Grad der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor innerhalb eines Bereichs, der gleich oder größer als ein unterer Grenzwert ist, der basierend auf dem Wert der Grenze zwischen der Kurzreichweiten-Korrelation und der Langreichweiten-Korrelation bestimmt wird.
6. (6) Ferner erzeugt bei der Verarbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Strukturschätzungssektion das Strukturmodell durch ein RMC-Verfahren.
7. (7) Ferner umfasst die Verarbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ferner eine Strukturfaktor-Berechnungssektion zum Gewinnen von Gesamtstreuungsdaten der Probe und zum Berechnen des ersten Strukturfaktors basierend auf einem Typ einer Strahlungsquelle, einer Wellenlänge, einem Hintergrund, einer Form der Probe, einer Anordnung, Arten eines Bestandteilelements, einer Zusammensetzung und einem Absorptionskoeffizienten der Gesamtstreuungsdaten, wobei die Strukturfaktor-Gewinnungssektion den ersten Strukturfaktor gewinnt, der durch die Strukturfaktor-Berechnungssektion berechnet wird.
8. (8) Ferner umfasst das System der vorliegenden Erfindung ein Röntgendiffraktometer, das eine Röntgenstrahlenerzeugungssektion zum Erzeugen von Röntgenstrahlen, einen Detektor zum Detektieren von Röntgenstrahlen und ein Goniometer zum Steuern der Drehung der Probe umfasst, und die Verarbeitungsvorrichtung, die in einem von (1) bis (7) beschrieben ist.
9. (9) Ferner ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Verarbeiten eines Strukturfaktors und umfasst die Schritte eines Gewinnens eines ersten Strukturfaktors basierend auf gemessenen Gesamtstreuungsdaten, Trennens des ersten Strukturfaktors in eine Kurzreichweiten-Korrelation und eine Langreichweiten-Korrelation, Gewinnens eines Strukturmodells, das eine atomare Anordnung in einer endlichen Region repräsentiert, Berechnens einer Kurzreichweiten-Streuungsintensität des Strukturmodells und Berechnens eines zweiten Strukturfaktors aus der Kurzreichweiten-Streuungsintensität und der Langreichweiten-Korrelation.
10. (10) Ferner ist das Programm der vorliegenden Erfindung ein Programm zum Verarbeiten eines Strukturfaktors und veranlasst einen Computer, die folgende Verarbeitung eines Gewinnens eines ersten Strukturfaktors basierend auf gemessenen Gesamtstreuungsdaten; Trennens des ersten Strukturfaktors in eine Kurzreichweiten-Korrelation und eine Langreichweiten-Korrelation, Gewinnens eines Strukturmodells, das eine atomare Anordnung in einer endlichen Region repräsentiert, Berechnens einer Kurzreichweiten-Streuungsintensität des Strukturmodells und Berechnens eines zweiten Strukturfaktors aus der Kurzreichweiten-Streuungsintensität und der Langreichweiten-Korrelation durchzuführen.
• Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• 1 ist ein Graph, der ein Beispiel eines ersten Strukturfaktors F_obs(Q) zeigt.
• 2 ist ein Graph, der ein Beispiel eines ersten Strukturfaktor F_obs(Q), eine Kurzreichweiten-Korrelation F^S _obs(Q) und eine Langreichweiten-Korrelation F^L _obs(Q) zeigt.
• 3 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Kurzreichweiten-Streuungsintensität F^S _cal(Q) eines Strukturmodells zeigt.
• 4 ist ein Graph, der ein Beispiel eines ersten Strukturfaktors S_obs(Q), eines zweiten Strukturfaktors S_cal(Q) und eines Residuums davon zeigt.
• 5 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines ausgegebenen Strukturmodells zeigt.
• 6 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Konfiguration des Röntgenbeugungsmesssystems zeigt.
• 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Steuervorrichtung zeigt.
• 8 ist ein Blockdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel einer Konfiguration der Steuervorrichtung und der Verarbeitungsvorrichtung zeigt.
• 9 ist ein Blockdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel einer Konfiguration der Steuervorrichtung und der Verarbeitungsvorrichtung zeigt.
• 10 ist ein Blockdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel einer Konfiguration der Verarbeitungsvorrichtung zeigt.
• 11 ist ein Blockdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel einer Konfiguration der Verarbeitungsvorrichtung zeigt.
• 12 ist ein Blockdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel einer Konfiguration der Verarbeitungsvorrichtung zeigt.
• 13 ist ein Blockdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel einer Konfiguration der Verarbeitungsvorrichtung zeigt.
• 14 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Betriebs der Verarbeitungsvorrichtung zeigt.
• 15 ist ein Flussdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel des Betriebs der Verarbeitungsvorrichtung zeigt.
• 16 ist ein Flussdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel des Betriebs der Verarbeitungsvorrichtung zeigt.
• 17 ist ein Graph, der eine PDF und Residuen eines tatsächlichen Messwerts, Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigt.
• 18 ist ein Histogramm von Verschiebungsbeträgen, die aus einem mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugten Strukturmodell berechnet wurden.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern, sind die gleichen Bezugszeichen den gleichen Komponenten in den jeweiligen Zeichnungen zugeordnet, und doppelte Beschreibungen werden weggelassen.
• [Prinzip]
• Als eine Lokalstruktur-Schätzungsmethode der Probe gibt es die RMC (Reverse Monte Carlo)-Methode. Die RMC-Methode ist eine Methode zum Schätzen eines Strukturmodells, die einen tatsächlichen Messwert reproduziert, indem Atome, die durch ein gegebenes Strukturmodell angeordnet sind, unter Verwendung einer Zufallszahl bewegt werden. Eine Lokalstrukturschätzung durch die RMC-Methode basiert auf der Annahme, dass die Kristallphase des Materials zum Schätzen der Lokalstruktur bekannt ist und der Wert des Parameters zum Bestimmen der Breite des Beugungsreflexes bekannt ist, und die Parameter und die Auflösungsfunktion von Q zum Berechnen des Beugungsreflexes müssen jedes Mal vom Benutzer eingestellt werden.
• Darüber hinaus ist es zum Berechnen des Beugungsreflexes aus dem Strukturmodell erforderlich, die Gesamtstreuungsdaten aus dem Strukturmodell zu berechnen, und dies nimmt die Kapazität von Speicher und CPU und dergleichen im Computer und die Berechnungskosten wie etwa die Rechenzeit in Anspruch.
• Da das Verfahren der vorliegenden Erfindung den Beugungsreflex nicht direkt aus dem Strukturmodell berechnet, ist es für den Benutzer nicht erforderlich, einen Parameter zum Berechnen des Beugungsreflexes und eine Auflösungsfunktion des Streuvektors Qeinzustellen. Da ferner nur die Kurzreichweiten-Streuungsdaten aus dem Strukturmodell berechnet werden, ist es nicht erforderlich, die Gesamtstreuungsdaten einschließlich der Langreichweiten-Korrelation zu berechnen, und die Berechnungskosten können reduziert werden.
• Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden als erstes gemessene Gesamtstreuungsdaten gewonnen und ein erster Strukturfaktor erzeugt. Als Gesamtstreuungsdaten können zum Beispiel Gesamtstreuungsdaten mittels Röntgenstrahlen, Gesamtstreuungsdaten mittels Synchrotronstrahlung und Gesamtstreuungsdaten mittels Teilchenstrahlen wie etwa Neutronenstrahlen und Elektronenstrahlen verwendet werden. Ein Strukturfaktor ist definiert als eine Fourier-Transformation der räumlichen Korrelation der Elektronendichteverteilung (oder Kerndichteverteilung) in einem Material und ist ein Wert, der zum Bestimmen der Intensität der elastischen Streuung oder der kohärenten Streuung verwendet wird. Der erste Strukturfaktor ist ein aus den gemessenen Gesamtstreuungsdaten generierter Strukturfaktor. Als nächstes wird der erste Strukturfaktor in eine Kurzreichweiten-Korrelation und eine Langreichweiten-Korrelation getrennt. Die Kurzreichweiten-Korrelation und die Langreichweiten-Korrelation werden durch Trennen einer Korrelationsfunktion in einem realen Raum erhalten, die durch Fourier-Transformation eines Strukturfaktors durch einen Wert einer vorgegebenen Grenze erhalten wird. Daher ist der Wert der Grenze zwischen der Kurzreichweiten-Korrelation und der Langreichweiten-Korrelation der Wert der Dimension des Abstands.
• Als nächstes wird ein Strukturmodell, das die atomare Anordnung in der endlichen Region zeigt, erzeugt und gewonnen, und die Kurzreichweiten-Streuungsintensität des Strukturmodells wird berechnet. Bei dem Strukturmodell handelt es sich um Daten, die eine atomare Anordnung in einer endlichen Region anzeigen, und es zeigt zum Beispiel eine Anordnung einer endlichen Anzahl von Atomen in einem Würfel, Quader oder parallelen Hexaeder an. Die Kurzreichweiten-Streuungsintensität ist eine Streuungsintensität, die aus der atomaren Anordnung in der endlichen Region berechnet wird. Um die gemessenen Gesamtstreuungsdaten aus dem Strukturmodell zu reproduzieren, ist ein großes Strukturmodell erforderlich, da eine Berechnung erforderlich ist, die eine Langreichweiten-Korrelation umfasst. Andererseits ist, da die Kurzreichweiten-Streuungsintensität keine Langreichweiten-Korrelation umfasst, die Berechnung auch mit einem kleinen Strukturmodell möglich. Da die Größe des Strukturmodells mit den Berechnungskosten korreliert, sind die Berechnungskosten für die Berechnung der Kurzreichweiten-Streuungsintensität geringer als die Berechnungskosten für ein Durchführen von Berechnungen, um die gemessenen Gesamtstreuungsdaten zu reproduzieren. Das heißt, die vorliegende Erfindung kann die Berechnungskosten im Vergleich zur konventionellen Technik reduzieren.
• Als nächstes werden die Gesamtstreuungsdaten und ein zweiter Strukturfaktor, der die Daten des Strukturmodells umfasst, aus der Kurzreichweiten-Streuungsintensität des Strukturmodells und der Langreichweiten-Korrelation des ersten Strukturfaktors berechnet. Der zweite Strukturfaktor ist ein Strukturfaktor, der sowohl die gemessenen Gesamtstreuungsdaten als auch die Daten des Strukturmodells umfasst. Als nächstes wird der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor berechnet. Der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor ist ein Index, der den Grad der Ähnlichkeit zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor anzeigt. Dann wird, wenn der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung die vorgegebene Bedingung nicht erfüllt, das Strukturmodell erneut erzeugt und der zweite Strukturfaktor wird berechnet. Wenn der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung die vorgegebene Bedingung erfüllt, wird der Prozess beendet.
• Da der wie oben beschrieben berechnete zweite Strukturfaktor sowohl die gemessenen Gesamtstreuungsdaten als auch die Daten des Strukturmodells umfasst, kann durch Analyse der Daten bestätigt werden, inwieweit das gegebene Strukturmodell die gemessenen Gesamtstreuungsdaten reproduziert. Darüber hinaus kann ein Strukturmodell, bei dem der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung eine vorgegebene Bedingung erfüllt, als ein hochgenaues Strukturmodell bezeichnet werden, das die tatsächlichen Messdaten erklären kann. Das detaillierte Verarbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei der Ausführungsform detailliert beschrieben.
• [Ausführungsform]
• Das Verarbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Detail erläutert, wie unten beschrieben. Nachfolgend wird ein Verfahren zum Verarbeiten eines ersten Strukturfaktors basierend auf Gesamtstreuungsdaten, die von einem Röntgendiffraktometer gemessen wurden, und zum Berechnen eines zweiten Strukturfaktors, der Gesamtstreuungsdaten und Daten eines Strukturmodells umfasst, ein Verfahren zum Berechnen eines Grades der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor und ein Verfahren zum Ausgeben eines Strukturmodells, bei dem der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung einen vorgegebenen Schwellenwert oder weniger beträgt, beschrieben. Die Gesamtstreuungsdaten, auf die die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, sind jedoch nicht auf die mit einem Röntgendiffraktometer gemessenen Gesamtstreuungsdaten beschränkt und können auch auf die mit einem ähnlichen Messgerät gemessenen Gesamtstreuungsdaten angewendet werden. Zum Beispiel kann sie auf die Gesamtstreuungsdaten mittels Synchrotronstrahlung und auf die Gesamtstreuungsdaten mittels Teilchenstrahlen, wie etwa Neutronenstrahlen und Elektronenstrahlen, angewendet werden. Ferner erfordert die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise die Gewinnung der Gesamtstreuungsdaten, und folglich kann der aus den Gesamtstreuungsdaten berechnete erste Strukturfaktor als erste Daten gewonnen werden.
• Als erstes werden die mit dem Röntgendiffraktometer gemessenen Gesamtstreuungsdaten gewonnen. Wenn die Gesamtstreuungsdaten als die ersten Daten verwendet werden, ist es bevorzugt, auch Informationen zu gewinnen, die für das Berechnen des Strukturfaktors erforderlich sind, basierend auf den Gesamtstreuungsdaten, wie etwa Art einer Strahlungsquelle, Wellenlänge, Hintergrund, Form einer Probe, Anordnung, Arten von Bestandteilelementen, Zusammensetzung, Absorptionskoeffizient oder dergleichen in den Gesamtstreuungsdaten. Diese Informationen können im Voraus gespeichert oder von einem Röntgendiffraktometer gewonnen werden. Ferner können sie von einem Benutzer eingegeben werden.
• Als nächstes wird der erste Strukturfaktor F_obs (Q) basierend auf den Gesamtstreuungsdaten berechnet. Die Berechnung des ersten Strukturfaktors F_obs (Q) basiert vorzugsweise auf dem Typ der Strahlungsquelle, der Wellenlänge, dem Hintergrund, der Form der Probe, der Anordnung, den Arten von Bestandteilelementen, der Zusammensetzung, dem Absorptionskoeffizienten oder dergleichen in den Gesamtstreuungsdaten. 1 ist eine Grafik, die ein Beispiel des ersten Strukturfaktors F_obs (Q) zeigt.
• Als nächstes wird der erste Strukturfaktor F_obs (Q) in eine Kurzreichweiten-Korrelation F^S _obs(Q) und eine Langreichweiten-Korrelation F^L _obs(Q) getrennt. Der erste Strukturfaktor F_obs(Q) wird durch die folgende Formel (1) unter Verwendung der Kurzreichweiten-Korrelation F^S _obs(Q) und der Langreichweiten-Korrelation F^L _obs(Q) ausgedrückt. 2 ist ein Graph, der ein Beispiel des ersten Strukturfaktors F_obs(Q), die Kurzreichweiten-Korrelation F^S _obs(Q) und die Langreichweiten-Korrelation F^L _obs(Q) zeigt. Die Kurzreichweiten-Korrelation F^S _obs(Q) und die Langreichweiten-Korrelation F^L _obs(Q) in 2 sind Plots, die die ersten Strukturfaktoren F_obs(Q) in 1 trennen.
  $$F_{obs}\left(Q\right)=F_{obs}^S\left(Q\right)+F_{obs}^L\left(Q\right)$$

  
• Ein Wert einer Grenze zwischen der Kurzreichweiten-Korrelation F^S _obs(Q) und der Langreichweiten-Korrelation F^L _obs(Q) wird vorzugsweise basierend auf der Größe und Form der Regionen des Strukturmodells bestimmt. Zum Beispiel ist es, wenn der Radius der größten Kugel, die in dem Strukturmodell enthalten ist, als r_max ausgedrückt wird, vorzuziehen, dass r_max der Wert der Grenze zwischen der Kurzreichweiten-Korrelation F^S _obs(Q) und der Langreichweiten-Korrelation F^L _obs(Q) ist. Im Folgenden wird r_max als der Wert der Grenze zwischen der Kurzreichweiten-Korrelation F^S _obs(Q) und der Langreichweiten-Korrelation F^L _obs(Q) verwendet, es können aber auch andere Werte verwendet werden.
• Es kann irgendein Verfahren verwendet werden, um den ersten Strukturfaktor F_obs (Q) in eine Kurzreichweiten-Korrelation F^S _obs(Q) und eine Langreichweiten-Korrelation F^L _obs(Q) zu trennen. Zum Beispiel wird dies zweckmäßigerweise und vorzugsweise durch Verwenden einer PDF (Pair Distribution Function; Paarverteilungsfunktion) G_obs(r) durchgeführt, die durch Fourier-Transformieren des ersten Strukturfaktors F_obs (Q) erhalten wird. Eine Berechnung von G_obs(r) wird durchgeführt, indem der kleinste Wert Q_min und der größte Wert Q_max des ersten Strukturfaktors F_obs (Q) durch die folgende Formel (2) erhalten werden. Qmin und Q_max sind mit der Berechnung des ersten Strukturfaktors F_obs (Q) verbunden. Qmin und Qmax können vom Benutzer eingegeben werden.
  $$G_{obs}\left(r\right)=\frac{2}{\pi }{\displaystyle {\int }_{Q_{min}}^{Q_{max}}{Q}^2{F}_{obs}\left(Q\right)}\frac{\text{sin }Qr}{Qr}dQ$$

  
• Wie in der folgenden Formel (3) gezeigt, wird der erste Strukturfaktor F_obs (Q) durch inverses Transformieren von G_obs(r) erhalten. Deshalb kann, wenn der Wert der Grenze zwischen der Kurzreichweiten-Korrelation F^S _obs(Q) und der Langreichweiten-Korrelation F^L _obs(Q) als r_max angenommen wird, der erste Strukturfaktor F_obs (Q) wie in der folgenden Formel (4) gezeigt, getrennt werden.
  $$F_{obs}\left(Q\right)={\displaystyle {\int }_o^{\infty }{G}_{\text{obs}}\left(r\right)\frac{\text{sin }Qr}{Qr}}dr$$

  

  
  $$F_{\text{obs}}\left(Q\right)={\displaystyle {\int }_o^{r_{\text{max}}}{G}_{\text{obs}}\left(r\right)}\frac{\text{sin }Qr}{Qr}dr+{\displaystyle {\int }_{r_{\text{max}}}^{\infty }{G}_{\text{obs}}\left(r\right)}\frac{sinQr}{Qr}dr$$

  
• Deshalb kann, wenn der erste Strukturfaktor F_obs(Q), zum Beispiel unter Verwendung von G_obs(r) getrennt wird, die Kurzreichweiten-Korrelation F^S _obs(Q) durch die folgende Formel (5) definiert werden. Ferner kann unter Verwendung der durch die Formel (5) erhaltenen Kurzreichweiten-Korrelation F^S _obs(Q) die Langreichweiten-Korrelation F^L _obs(Q) durch die folgende Formel (6) erhalten werden. $$F_{obs}^S\left(Q\right)={\displaystyle {\int }_o^{r_{\text{max}}}{G}_{\text{obs}}\left(r\right)}\frac{\text{sin }Qr}{Qr}dr$$

  

  $$F_{obs}^L\left(Q\right)=F_{obs}\left(Q\right)-F_{obs}^S\left(Q\right)$$

  

  Als nächstes wird ein Strukturmodell erhalten, das die atomare Anordnung in dem endlichen Bereich zeigt, und eine Kurzreichweiten-Streuungsintensität F^S _cal(Q) des Strukturmodells wird berechnet. Das Strukturmodell kann als Daten gegeben werden, die die Anordnung einer endlichen Anzahl von Atomen zum Beispiel in einem Würfel, einem Quader oder einem parallelen Hexaeder, abhängig von der Probe, anzeigen. Die Kurzreichweiten-Streuungsintensität F^S _cal(Q) des Strukturmodells kann zum Beispiel durch die folgende Formel (7) berechnet werden. In Formel (7) ist N die Anzahl von Atomen in dem Strukturmodell. r_ij ist durch Formel (8) definiert, wenn die i-te atomare Anordnung als n_i (x_i, y_i, z_i) und die j-te atomare Anordnung als n_j (x_j, y_j, z_j) in Bezug auf die atomare Anordnung n (x,y,z) des Strukturmodells ausgedrückt wird. f_i und f_j sind die i-ten bzw. j-ten atomaren Streufaktoren. Q ist ein Streuvektor. 3 ist ein Graph, der ein Beispiel der Kurzreichweiten-Streuungsintensität F^S _cal (Q) des Strukturmodells zeigt. $$F_{cal}^S\left(Q\right)=\frac{1}{N}{\displaystyle \sum _i^N{\displaystyle \sum _{j\ne i}^N{ƒ}_i{ƒ}_j\frac{\text{sin }Q{r}_{ij}}{Q{r}_{ij}}}}$$

  

  $$r_{ij}=\sqrt{{\left(x_j-x_i\right)}^2+{\left(y_j-y_i\right)}^2+{\left(z_j-z_i\right)}^2}$$

  
• Dann wird der zweite Strukturfaktor F_cal (Q), der die Gesamtstreuungsdaten und die Daten des Strukturmodells umfasst, aus der Kurzreichweiten-Streuungsintensität F^S _cal (Q) des Strukturmodells und der Langreichweiten-Korrelation F^L _obs(Q) des ersten Strukturfaktors berechnet. Der zweite Strukturfaktor F_cal (Q) kann zum Beispiel durch die folgende Formel (9) berechnet werden. Auf diese Weise können die Merkmale sowohl der Gesamtstreuungsdaten als auch des Strukturmodells unter Verwendung des zweiten Strukturfaktors F_cal (Q) zusammen analysiert werden. Auch kann, abhängig von der Anwendung des zweiten Strukturfaktors, der zweite Strukturfaktor als S_cal(Q) berechnet werden. Der zweite Strukturfaktor S_cal(Q) kann zum Beispiel durch die folgende Formel (10) berechnet werden. $$F_{cal}\left(Q\right)=F_{cal}^S\left(Q\right)+F_{obs}^L\left(Q\right)$$

  

  $$S_{cal}\left(Q\right)=F_{cal}^S\left(Q\right)+F_{obs}^L\left(Q\right)+1$$

  
• Um zu bestätigen, wie genau ein gegebenes Strukturmodell die gemessenen Gesamtstreuungsdaten reproduziert, ist es vorteilhaft, den Grad der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor F_obs (Q) und dem zweiten Strukturfaktor F_cal (Q) zu berechnen. Der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung wird mit dem ersten Strukturfaktor F_obs (Q) und dem zweiten Strukturfaktor F_cal (Q) berechnet und kann ein beliebiger Wert sein, solange der Wert den Grad der Ähnlichkeit angibt. Der Grad der Ähnlichkeit ist größer, wenn der Wert der Übereinstimmung größer ist. Der Grad der Ähnlichkeit ist größer, wenn der Wert der Abweichung kleiner ist. Der Grad der Abweichung kann zum Beispiel durch R_{P,S (Q)} der folgenden Formel (11) berechnet werden. w_i in Formel (11) ist ein Gewichtungsfaktor, der zum Beispiel als w_i = 1/N verwendet wird. Auch gelten S_obs (Q) = F_obs (Q) + 1 und S_cal (Q) = F_cal (Q) + 1. Wie in Formel (11) gezeigt, kann der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor unter Verwendung von S_obs (Q) oder S_cal(Q) berechnet werden. 4 ist ein Graph, der ein Beispiel des ersten Strukturfaktors S_obs (Q), des zweiten Strukturfaktors S_cal(Q) und des Residuums davon zeigt. Der mathematische Ausdruck zum Berechnen des Grades der Übereinstimmung oder Abweichung ist nicht auf die Formel (11) beschränkt. $$R_{P,S\left(Q\right)}=\sqrt{\frac{{\displaystyle {\sum }_i^N{w}_i{\left(S_{obs}\left(Q_i\right)-S_{cal}\left(Q_i\right)\right)}^2}}{{\displaystyle {\sum }_i^N{w}_i{\left(S_{obs}\left(Q_i\right)\right)}^2}}}\times 100$$

  
• Beim Berechnen des Grades der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor F_obs (Q) und dem zweiten Strukturfaktor F_cal (Q) ist es bevorzugt, den Grad der Übereinstimmung oder Abweichung innerhalb eines Bereichs zu berechnen, der gleich oder größer ist als der untere Grenzwert, der basierend auf dem Wert der Grenze zwischen der Kurzreichweiten-Korrelation F^S _obs(Q) und der Langreichweiten-Korrelation F^L _obs(Q) bestimmt wird. G_obs(r) kann aus dem gemessenen ersten Strukturfaktor F_obs (Q) durch die obige Formel (2) berechnet werden, die eine Kombination der folgenden Formeln (12) und (13) ist. α (Q) ist eine Stufenfunktion und ist ein Beispiel einer Funktion, die die Daten auf der Kurzreichweitenseite und der Langreichweitenseite des ersten Strukturfaktors F_obs (Q) abschneidet. $$G_{obs}\left(r\right)=\frac{2}{\pi }{\displaystyle {\int }_0^{\infty }{F}_{obs}\left(Q\right)\alpha \left(Q\right)\frac{\text{sin }Qr}{Qr}}dQ$$

  

  $$\alpha \left(Q\right)=\{\begin{array}{c}\mathrm{1,}{Q}_{min}\le Q\le Q_{max}\\ \mathrm{0,}0<Q<Q_{min}or{Q}_{max}<Q<\infty \end{array}$$

  
• Die Wirkung der Stufenfunktion zeigt sich im ersten Strukturfaktor F_obs(Q), der aus der PDF G_obs(r) invers transformiert ist. Die Auswirkung des Trunkierungsfehlers von Qmin hängt mit dem Wert der Grenze von G_obs(r) (r_max in Formel (4) oben) zusammen, und die Auflösung ΔQ'₀ des Q von Q_min wird durch die folgende Formel (14) unter Verwendung von r_max ausgedrückt. $$\mathrm{\Delta }{Q}_0^{\text{'}}=\frac{\pi }{r_{max}}$$

  
• Deshalb kann durch Bestimmen des folgenden gemessenen Punktes Q'₁ von Qmin des invers transformierten ersten Strukturfaktors F_obs (Q) wie in der folgenden Formel (15) die Auswirkung des Trunkierungsfehlers ausreichend reduziert werden. Das heißt, es ist bevorzugt, den Grad der Übereinstimmung oder Abweichung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, der gleich oder größer als Q'₁ ist, unter Verwendung des unteren Grenzwerts, der basierend auf dem Wert der Grenze zwischen der Kurzreichweiten-Korrelation F^S _obs(Q) und der Langreichweiten-Korrelation F^L _obs(Q) bestimmt wird, als Q'₁ zu berechnen. Ferner kann Q_min eine Untergrenze des gemessenen Q sein. $$Q_1^{\text{'}}=Q_{min}+\mathrm{\Delta }{Q}_0^{\text{'}}$$

  
• Nachstehend wird im Folgenden beschrieben, wie ein geeigneteres Strukturmodell unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erzeugt werden kann. Es wird davon ausgegangen, dass das Strukturmodell auf irgendeine Weise wiederholt erzeugt werden kann. Vorzugsweise wird ein Strukturmodell basierend auf dem Grad der Übereinstimmung oder Abweichung wiederholt erzeugt und ein Strukturmodell ausgegeben, bei dem der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung eine vorgegebene Bedingung erfüllt. 5 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel des ausgegebenen Strukturmodells zeigt. Zum Beispiel ist es im Fall der Verwendung des Grades der Abweichung in Formel (11) möglich, dass der Wert des Grades der Abweichung 5% oder weniger als die vorbestimmte Bedingung ist.
• Wenn das Strukturmodell wiederholt erzeugt wird, kann jede beliebige Methode zur Erzeugung des Strukturmodells verwendet werden, aber es ist bevorzugt, das Strukturmodell zum Beispiel mit der RMC-Methode zu erzeugen. Dies liegt daran, dass die RMC-Methode einen großen Suchraum hat und eine globale Minimallösung erhalten kann, die als Lösung für eine komplizierte Optimierung nützlich ist. Deshalb ist es, wenn die RMC-Methode auf die vorliegende Erfindung angewandt wird, sehr wahrscheinlich, dass ein Strukturmodell erhalten wird, das die gemessenen Streuungsdaten reproduziert. Bei der RMC-Methode wird die atomare Anordnung des Strukturmodells zufällig bewegt, und wenn der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung nach dem Vorgang besser ist als der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung vor dem Vorgang (der Grad der Ähnlichkeit ist größer), wird die atomare Anordnung weiter zufällig bewegt. Andererseits wird, wenn der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung nach dem Vorgang nicht besser ist als der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung vor dem Vorgang (der Grad der Ähnlichkeit ist nicht größer), der Vorgang abgebrochen und die zufällige Bewegung wird erneut ausgehend von der atomaren Anordnung vor dem Vorgang durchgeführt. Ein solcher Vorgang wird so lange durchgeführt, bis der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung eine vorgegebene Bedingung erfüllt. Die Methode zur Erzeugung des Strukturmodells kann übrigens eine MD-Methode (Molekulardynamik-Methode) oder eine MC-Methode (Monte-Carlo-Methode) sein.
• Auf diese Weise ist es möglich, ein Strukturmodell zu erzeugen, das die gemessenen Gesamtstreuungsdaten mit ausreichender Genauigkeit reproduziert.
• [Gesamtsystem]
• 6 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Konfiguration eines Röntgenbeugungsmesssystems 100 zeigt. Das System 100 umfasst ein Röntgendiffraktometer 200, eine Steuervorrichtung 300 und eine Verarbeitungsvorrichtung 400. Das Röntgendiffraktometer 200 umfasst ein optisches System zum Bestrahlen einer Probe mit Röntgenstrahlen und zum Erfassen der von der Probe erzeugten gebeugten Röntgenstrahlen, und das optische System umfasst ein Goniometer. Übrigens ist die in 6 gezeigte Konfiguration ein Beispiel, und folglich kann eine Vielzahl anderer Konfigurationen angewandt werden.
• Die Steuervorrichtung 300 ist mit dem Röntgendiffraktometer 200 verbunden und steuert das Röntgendiffraktometer 200 und verarbeitet und speichert die gewonnenen Daten. Die Verarbeitungsvorrichtung 400 führt die Verarbeitung eines Strukturfaktors durch. Die Steuervorrichtung 300 und die Verarbeitungsvorrichtung 400 sind Vorrichtungen, die eine CPU und Speicher umfassen und können PC-Terminals oder Server in der Cloud sein. Nicht nur die gesamte Vorrichtung, sondern auch ein Teil der Vorrichtung oder einige Funktionen der Vorrichtung können in der Cloud bereitgestellt werden. Die Eingabevorrichtung 510 ist zum Beispiel eine Tastatur oder eine Maus und führt eine Eingabe in die Steuervorrichtung 300 oder die Verarbeitungsvorrichtung 400 durch. Die Anzeigevorrichtung 520 ist zum Beispiel ein Display und zeigt Strukturfaktoren, eine PDF, Strukturmodelle und dergleichen an.
• Durch Verwendung eines solchen Systems 100 können die Gesamtstreuungsdaten gemessen werden und die aus den Gesamtstreuungsdaten berechneten Strukturfaktoren können verarbeitet werden. Darüber hinaus kann ein Strukturmodell erzeugt werden, und ein zweiter Strukturfaktor, der die Gesamtstreuungsdaten und die Daten des Strukturmodells umfasst, kann berechnet werden. Als Ergebnis kann die lokale Struktur der Probe geschätzt werden.
• In 6 werden die Steuervorrichtung 300 und die Verarbeitungsvorrichtung 400 als derselbe PC beschrieben. Jedoch können, wie oben erläutert, bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung Gesamtstreuungsdaten oder Strukturfaktoren unabhängig von dem Röntgendiffraktometer 200 oder der Steuervorrichtung 300 erhalten und verarbeitet werden. Daher kann, wie in 7 gezeigt, die Verarbeitungsvorrichtung 400 als eine von der Steuervorrichtung 300 verschiedene Vorrichtung konfiguriert werden. 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Steuervorrichtung 300 und der Verarbeitungsvorrichtung 400 zeigt. Ferner kann, wie in 8 gezeigt, die Verarbeitungsvorrichtung 400 als ein Teil von Funktionen konfiguriert sein, die in der Steuervorrichtung 300 enthalten sind. Wie in 9 gezeigt, können die Verarbeitungsvorrichtung 400 und die Steuervorrichtung 300 als eine integrierte Vorrichtung konfiguriert sein. 8 und 9 sind Blockdiagramme, die modifizierte Beispiele der Konfigurationen der Steuervorrichtung 300 und der Verarbeitungsvorrichtung 400 zeigen. Nachfolgend wird ein Fall beschrieben, in dem die Steuervorrichtung 300 und die Verarbeitungsvorrichtung 400 als unterschiedliche Vorrichtungen konfiguriert sind.
• [Röntgendiffraktometer]
• Das Röntgendiffraktometer 200 umfasst eine Röntgenstrahlenerzeugungssektion 210, die Röntgenstrahlen von einem Röntgenfokus, d.h. einer Röntgenquelle, erzeugt; eine Einfallsseiten-Optikeinheit 220; ein Goniometer 230; einen Probentisch 240, auf den eine Probe gelegt ist; eine Emittierungsseiten-Optikeinheit 250; und einen Detektor 260, der Röntgenstrahlen detektiert. Die Röntgenstrahlenerzeugungssektion 210, die Einfallsseiten-Optikeinheit 220, das Goniometer 230, der Probentisch 240, die Emittierungsseiten-Optikeinheit 250 und der Detektor 260, die alle das Röntgendiffraktometer 200 bilden, können die allgemein Verfügbaren sein, und deshalb werden Beschreibungen weggelassen.
• [Steuervorrichtung]
• Die Steuervorrichtung 300 besteht aus einem Computer, der durch Verbinden einer CPU (Central Processing Unit/Central Processor; zentrale Verarbeitungseinheit/zentraler Prozessor), eines ROM (Read Only Memory; Nur-Lese-Speicher), eines RAM (Random Access Memory; Direktzugriffsspeicher) und eines Speichers mit einem Bus gebildet wird. Die Steuervorrichtung 300 ist mit dem Röntgendiffraktometer 200 verbunden, um Informationen zu empfangen.
• Die Steuervorrichtung 300 umfasst die Steuersektion 310, die Vorrichtungsinformationsspeichersektion 320, die Messdatenspeichersektion 330 und die Anzeigesektion 340. Jede Sektion kann Informationen über den Steuerbus L senden und empfangen. Die Eingabevorrichtung 510 und die Anzeigevorrichtung 520 sind über eine geeignete Schnittstelle mit der CPU verbunden.
• Die Steuersektion 310 steuert den Betrieb des Röntgendiffraktometers 200. Die Vorrichtungsinformationsspeichersektion 320 speichert vom Röntgendiffraktometer 200 gewonnene Vorrichtungsinformationen. Die Vorrichtungsinformationen umfassen Informationen über das Röntgendiffraktometer 200, wie etwa den Namen der Vorrichtung, die Art einer Strahlungsquelle, eine Wellenlänge, einen Hintergrund und so weiter. Darüber hinaus können Informationen enthalten sein, die für das Berechnen des Strukturfaktors basierend auf den Gesamtstreuungsdaten erforderlich sind, wie etwa eine Form einer Probe, Anordnung, Arten von Bestandteilelementen, eine Zusammensetzung, einen Absorptionskoeffizienten und dergleichen.
• Die Messdatenspeichersektion 330 speichert die von dem Röntgendiffraktometer 200 gewonnenen Messdaten. Die Messdaten umfassen die Gesamtstreuungsdaten. Zusätzlich zu den Gesamtstreuungsdaten können die Informationen enthalten sein, die zum Berechnen des Strukturfaktors basierend auf den Gesamtstreuungsdaten erforderlich sind, wie etwa der Typ einer Strahlungsquelle, Wellenlänge, Hintergrund, Form einer Probe, Anordnung, Arten von Bestandteilelementen, Zusammensetzung, Absorptionskoeffizient oder dergleichen. Darüber hinaus können, wenn der Hintergrund gering ist, die für die Berechnung des Strukturfaktors erforderlichen Informationen den Hintergrund auch nicht umfassen. Die Anzeigesektion 340 zeigt die Messdaten auf der Anzeigevorrichtung 520 an. So können die Messdaten von einem Benutzer bestätigt werden. Darüber hinaus kann der Benutzer Anweisungen und Bezeichnungen für die Steuervorrichtung 300, die Verarbeitungsvorrichtung 400 und dergleichen basierend auf den Messdaten vornehmen.
• [Verarbeitungsvorrichtung]
• Die Verarbeitungsvorrichtung 400 ist aus einem Computer konfiguriert, der durch Verbinden von CPU, ROM, RAM und einem Speicher mit einem Bus gebildet ist. Die Verarbeitungsvorrichtung 400 kann über die Steuervorrichtung 300 mit dem Röntgendiffraktometer 200 verbunden sein.
• Die Verarbeitungsvorrichtung 400 umfasst eine Strukturfaktor-Gewinnungssektion 410, eine Datenkonvertierungssektion 420 und eine Streuungsintensitätsberechnungssektion 430. Jede Sektion kann Informationen über den Steuerbus L senden und empfangen. Wenn die Verarbeitungsvorrichtung 400 eine von der Steuervorrichtung 300 getrennte Konfiguration ist, sind die Eingabevorrichtung 510 und die Anzeigevorrichtung 520 ebenfalls über eine geeignete Schnittstelle mit der CPU der Verarbeitungsvorrichtung 400 verbunden. In diesem Fall können sich die Eingabevorrichtung 510 und die Anzeigevorrichtung 520 jeweils von einer mit der Steuervorrichtung 300 verbundenen Vorrichtung unterscheiden.
• Die Strukturfaktor-Gewinnungssektion 410 gewinnt den ersten Strukturfaktor basierend auf den gemessenen Gesamtstreuungsdaten. Die Strukturfaktor-Gewinnungssektion 410 kann den ersten Strukturfaktor gewinnen, der von einer anderen Vorrichtung basierend auf den von dem Röntgendiffraktometer 200 tatsächlich gemessenen Gesamtstreuungsdaten berechnet wurde. Die Strukturfaktor-Gewinnungssektion 410 kann den ersten Strukturfaktor gewinnen, der von der Strukturfaktor-Berechnungssektion 405, die später beschrieben wird, basierend auf den gemessenen Gesamtstreuungsdaten berechnet wird.
• Die Datenkonvertierungssektion 420 trennt den ersten Strukturfaktor in eine Kurzreichweiten-Korrelation und eine Langreichweiten-Korrelation. Vorzugsweise berechnet die Datenkonvertierungssektion 420 eine PDF (Pair Distribution Function; Paarverteilungsfunktion) aus dem von der Strukturfaktor-Gewinnungssektion 410 gewonnenen ersten Strukturfaktor und trennt den ersten Strukturfaktor unter Verwendung einer PDF in eine Kurzreichweiten-Korrelation und eine Langreichweiten-Korrelation. Die Datenkonvertierungssektion 420 kann den ersten Strukturfaktor in eine Kurzreichweiten-Korrelation und eine Langreichweiten-Korrelation auf eine Art und Weise trennen, die keine PDF verwendet.
• Der Wert der Grenze zwischen der Kurzreichweiten-Korrelation und der Langreichweiten-Korrelation, wenn die Datenkonvertierungssektion 420 den ersten Strukturfaktor in die Kurzreichweiten-Korrelation und die Langreichweiten-Korrelation trennt, wird vorzugsweise basierend auf der Größe und Form der Region des Strukturmodells bestimmt.
• Die Streuungsintensitätsberechnungssektion 430 gewinnt ein Strukturmodell, das die atomare Anordnung in der endlichen Region angibt, und berechnet die Kurzreichweiten-Streuungsintensität des Strukturmodells. Die Streuungsintensitätsberechnungssektion 430 berechnet einen zweiten Strukturfaktor aus der Kurzreichweiten-Streuungsintensität und der Langreichweiten-Korrelation. Die Streuungsintensitätsberechnungssektion 430 kann ein von einer anderen Vorrichtung erzeugtes Strukturmodell gewinnen. Die Streuungsintensitätsberechnungssektion 430 kann ein Strukturmodell gewinnen, das von der Strukturschätzungssektion 450 erzeugt wird, die später beschrieben wird.
• 10 ist ein Blockdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel der Konfiguration der Verarbeitungsvorrichtung 400 zeigt. Wie in 10 gezeigt, umfasst die Verarbeitungsvorrichtung 400 vorzugsweise eine Strukturbewertungssektion 440. Die Strukturbewertungssektion 440 berechnet den Grad der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor. Dadurch kann bestätigt werden, wie genau das Strukturmodell die gemessenen Gesamtstreuungsdaten reproduziert.
• Die Strukturbewertungssektion 440 bewertet vorzugsweise den Grad der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor innerhalb eines Bereichs, der gleich oder größer als der untere Grenzwert ist, der basierend auf dem Wert der Grenze zwischen der Kurzreichweiten-Korrelation und der Langreichweiten-Korrelation bestimmt wird.
• 11 ist ein Blockdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel der Konfiguration der Verarbeitungsvorrichtung 400 zeigt. Wie in 11 gezeigt, umfasst die Verarbeitungsvorrichtung 400 vorzugsweise die Strukturschätzungssektion 450. Die Strukturschätzungssektion 450 erzeugt ein Strukturmodell. Die Strukturschätzungssektion 450 behält vorzugsweise eine Berechnungsregion bei und erzeugt ein Strukturmodell basierend auf der Größe, Form, atomaren Anordnung und dergleichen des Strukturmodells. Die Größe, Form, anfängliche atomare Anordnung und dergleichen des Strukturmodells kann vom Benutzer bestimmt werden. In einem Fall, in dem die Verarbeitungsvorrichtung 400 die Strukturschätzungssektion 450 umfasst, gibt die Strukturbewertungssektion 440 vorzugsweise ein Strukturmodell aus, bei dem der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung eine vorbestimmte Bedingung erfüllt.
• Die Strukturschätzungssektion 450 erzeugt vorzugsweise ein Strukturmodell durch ein RMC-Verfahren.
• 12 und 13 sind Blockdiagramme, die ein modifiziertes Beispiel der Konfiguration der Verarbeitungsvorrichtung 400 zeigen. Wie in 12 oder 13 gezeigt, umfasst die Verarbeitungsvorrichtung 400 vorzugsweise eine Strukturfaktor-Berechnungssektion 405. Die Strukturfaktor-Berechnungssektion 405 gewinnt die Gesamtstreuungsdaten der Probe und berechnet den ersten Strukturfaktor basierend auf dem Typ einer Strahlungsquelle, Wellenlänge, Hintergrund, Form der Probe, Anordnung, Arten von Bestandteilelementen, Zusammensetzung und einem Absorptionskoeffizienten in den Gesamtstreuungsdaten. Darüber hinaus kann, wenn der Hintergrund gering ist, der Strukturfaktor ohne Verwendung des Hintergrunds berechnet werden. Wenn die Verarbeitungsvorrichtung 400 die Strukturfaktor-Berechnungssektion 405 umfasst, gewinnt die Strukturfaktor-Gewinnungssektion 410 den ersten Strukturfaktor, der durch die Strukturfaktor-Berechnungssektion 405 berechnet wird. In dem Blockdiagramm von 10 kann ferner eine Strukturfaktor-Berechnungssektion 405 vorgesehen sein.
• [Messverfahren]
• Eine Probe S wird in das Röntgendiffraktometer 200 eingelegt, und das Goniometer wird basierend auf der Steuerung der Steuervorrichtung 300 unter einer vorbestimmten Bedingung betrieben. Ferner treffen Röntgenstrahlen auf der Probe auf, und die von der Probe erzeugten gebeugten Röntgenstrahlen werden erfasst. So werden die Beugungsdaten gewonnen. Das Röntgendiffraktometer 200 überträgt die Vorrichtungsinformationen usw. und die gewonnenen Beugungsdaten als die Messdaten an die Steuervorrichtung 300.
• [Verarbeitungsverfahren]
• (Beschreibung des Ablaufs bis zum Berechnen des zweiten Strukturfaktors)
• 14 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Betriebs der Verarbeitungsvorrichtung 400 zeigt. 14 zeigt ein Beispiel des Ablaufs des Vorgangs, bis der zweite Strukturfaktor berechnet ist. Als erstes erhält die Verarbeitungsvorrichtung 400 einen ersten Strukturfaktor (Schritt S1). Als nächstes wird der erste Strukturfaktor in eine Kurzreichweiten-Korrelation und eine Langreichweiten-Korrelation getrennt (Schritt S2). Als nächstes wird ein Strukturmodell erhalten (Schritt S3). Als nächstes wird die Kurzreichweiten-Streuungsintensität des Strukturmodells berechnet (Schritt S4). Dann wird der zweite Strukturfaktor aus der Kurzreichweiten-Streuungsintensität und der Langreichweiten-Korrelation berechnet (Schritt S5), und der Prozess endet. Falls erforderlich, kann ein zweiter Strukturfaktor oder ein Strukturmodell ausgegeben werden. Auf diese Weise kann ein zweiter Strukturfaktor berechnet werden, der die Gesamtstreuungsdaten und die Daten des Strukturmodells umfasst, und der zweite Strukturfaktor kann verwendet werden, um sowohl die Gesamtstreuungsdaten als auch die Merkmale des Strukturmodells gemeinsam zu analysieren.
• (Beschreibung des Ablaufs bis zur Berechnung des Grades der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor)
• 15 ist ein Flussdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel des Betriebs der Verarbeitungsvorrichtung 400 zeigt. 15 zeigt ein Beispiel des Betriebs, bis der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor berechnet ist. In der folgenden Beschreibung des Flussdiagramms wird der charakteristische Vorgang im Detail beschrieben, und die Beschreibung des bereits beschriebenen Vorgangs kann weggelassen werden. Vom Gewinnen des ersten Strukturfaktors (Schritt T1) bis zum Berechnen des zweiten Strukturfaktors (Schritt T5) ist es ähnlich wie bei den oben beschriebenen Schritten S1 bis S5. Anschließend berechnet die Verarbeitungsvorrichtung 400 den Grad der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor (Schritt T6) und beendet die Berechnung. Falls erforderlich, können ein zweiter Strukturfaktor, ein Strukturmodell und ein Grad der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor ausgegeben werden. So kann bestätigt werden, wie genau das Strukturmodell die gemessenen Gesamtstreuungsdaten reproduziert.
• (Beschreibung des Ablaufs bis zur Ausgabe eines Strukturmodells, das die Bedingung erfüllt)
• 16 ist ein Flussdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel des Betriebs der Verarbeitungsvorrichtung 400 zeigt. 16 zeigt ein Beispiel des Ablaufs bis ein die Bedingung erfüllendes Strukturmodell ausgegeben wird. Das Gewinnen des ersten Strukturfaktors (Schritt U1) und das Trennen des ersten Strukturfaktors (Schritt U2) sind die gleichen wie die oben beschriebenen Schritte. Als nächstes wird ein Strukturmodell erzeugt (Schritt U3). Das Strukturmodell kann von der Verarbeitungsvorrichtung 400 erzeugt werden oder kann von einer anderen Vorrichtung oder Funktion erzeugt werden.
• Von der Gewinnung des Strukturmodells (Schritt U4) bis zur Berechnung des Grades der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor (Schritt U7) sind es die gleichen wie die oben beschriebenen Schritte. Als nächstes bestimmt die Verarbeitungsvorrichtung 400, ob der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung die eingestellte vorbestimmte Bedingung erfüllt oder nicht, und wenn die vorbestimmte Bedingung nicht erfüllt ist (Schritt U8-NEIN), kehrt der Vorgang zu Schritt U3 zurück und der Prozess bis zu Schritt U7 wird erneut durchgeführt. Erfüllt hingegen der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung die vorgegebene Bedingung (Schritt U8-JA), wird das Strukturmodell ausgegeben (Schritt U9) und der Vorgang beendet. Wenn erforderlich, wird der zweite Strukturfaktor oder der Grad der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor ausgegeben. So kann ein Strukturmodell erzeugt und ausgegeben werden, das eine vorgegebene Bedingung erfüllt.
• Obwohl der erste Strukturfaktor in dem oben beschriebenen Flussdiagramm als Ausgangsdaten verwendet wird, können auch die Gesamtstreuungsdaten als Ausgangsdaten verwendet werden. In diesem Fall können die Schritte des Gewinnens von Gesamtstreuungsdaten und des Berechnens des ersten Strukturfaktors aus den Gesamtstreuungsdaten vor dem Schritt des Gewinnens des ersten Strukturfaktors enthalten sein.
• [Beispiel]
• Das System 100, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, wurde zum Messen der Gesamtstreuungsdaten von Ni verwendet. Der Strukturfaktor und die PDF wurden unter Verwendung der Gesamtstreuungsdaten berechnet. Als nächstes wurde unter Verwendung der vorliegenden Verfahren, die Erzeugung des Strukturmodells durch die RMC-Methode wiederholt, bis der Grad der Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor ausreichend klein wurde. Als nächstes wurde eine PDF aus dem zweiten Strukturfaktor generiert, wenn der Grad der Abweichung die vorgegebene Bedingung erfüllte. Dann wurde der Grad der Abweichung zwischen der aus dem ersten Strukturfaktor erzeugten PDF und der aus dem zweiten Strukturfaktor erzeugten PDF bestätigt. Der Grad der Abweichung wurde unter Verwendung von R_P,G(r) bestätigt, das in der folgenden Formel (16) gezeigt ist. w_i in Formel (16) ist ein Gewichtungsfaktor, der zum Beispiel als w_i = 1/N verwendet wird. G_obs(r) repräsentiert eine aus dem ersten Strukturfaktor erzeugte PDF, und G_cal (r) repräsentiert eine PDF, die aus dem Strukturfaktor einschließlich der Daten des Strukturmodells erzeugt wurde. Der Grad der Abweichung R_P,G(r) ist ein Index, dessen Wert abnimmt, wenn der Grad der Ähnlichkeit der beiden PDF zunimmt. $$R_{P,G\left(r\right)}=\sqrt{\frac{{\displaystyle {\sum }_i^N{w}_i{\left(G_{obs}\left(r_i\right)-G_{cal}\left(r_i\right)\right)}^2}}{{\displaystyle {\sum }_i^N{w}_i{\left(G_{obs}\left(r_i\right)\right)}^2}}}\times 100$$

  
• Ferner wurde, als ein Vergleichsbeispiel, das Strukturmodell aus dem ersten Strukturfaktor durch PDFgui, erzeugt, was das konventionelle Verfahren war, und es wurde verwendet, um den Strukturfaktor und eine PDF zu erzeugen. Dann wurde der Grad der Abweichung R_P,G(r) zwischen der aus dem ersten Strukturfaktor erzeugten PDF und der mit PDFgui erzeugten PDF bestätigt.
• 17 ist ein Graph, der eine PDF, die aus dem gemessenen ersten Strukturfaktor erzeugt wurde, eine PDF, die aus dem zweiten Strukturfaktor erzeugt wurde, der mit dem vorliegenden Verfahren erzeugt wurde, und eine PDF, die mit dem Vergleichsverfahren erzeugt wurde und ihre jeweiligen Residuen zeigt. Es sollte vermerkt werden, dass Obs eine aus dem ersten Strukturfaktor erzeugte PDF anzeigt, dass RMC eine mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugte PDF anzeigt und dass PDFgui eine mit dem Verfahren des Vergleichsbeispiels erzeugte PDF anzeigt.
• Der Grad der Abweichung R_P,G(r) einer PDF, die mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde, betrug 6,55%. Dagegen betrug der Grad der Abweichung R_P,G(r) einer PDF, die mit dem Verfahren des Vergleichsbeispiels erzeugt wurde, 8,20%. Somit wurde bestätigt, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine PDF erzeugen kann, die der gemessenen PDF ähnlicher ist, als das Verfahren des Vergleichsbeispiels. Darüber hinaus wurde bestätigt, dass das mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugte Strukturmodell ein Strukturmodell ist, das die gemessenen Daten genauer erklären kann als das mit dem Verfahren des Vergleichsbeispiels erzeugte Strukturmodell.
• Darüber hinaus wurden Histogramme und Standardabweichungen von Verschiebungen gemessen, die aus der atomaren Anordnung von Ni vor und nach der Verfeinerung durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung und durch eine Rietveld-Analyse berechnet wurden. 18 ist ein Histogramm von Verschiebungsbeträgen, die aus einem mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugten Strukturmodell berechnet wurden. Die Standardabweichung der Verschiebung betrug 0,0920 Ä, wie mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung berechnet, während sie 0,0756 Ä betrug, wie mit einer Rietveld-Analyse berechnet. Somit wurde bestätigt, dass die Verschiebung, die aus dem Strukturmodell berechnet wurde, das mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde, mit denjenigen gemäß einer Rietveld-Analyse äquivalent ist.
• Infolgedessen können die Verarbeitungsvorrichtung, das System, das Verfahren und das Programm der vorliegenden Erfindung ein einfaches Einstellen der Parameter durch den Benutzer ermöglichen und die Berechnungskosten reduzieren, wenn die lokale Struktur der Probe geschätzt wird. Außerdem können sowohl die Merkmale der Gesamtstreuungsdaten als auch das Strukturmodell gemeinsam analysiert werden. Ferner ist es möglich, ein genaues Strukturmodell zu erstellen, das die gemessenen Daten erklären kann.
• Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Der Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst verschiedene Modifikationen und Äquivalente, die in der technischen Idee der vorliegenden Erfindung enthalten sind. Darüber hinaus sind die Namen, Strukturen, Formen, Zahlen, Positionen, Größen und dergleichen der in den Zeichnungen gezeigten Bestandteilelemente zur besseren Erläuterung angegeben und können nach Bedarf geändert werden.
• Im Übrigen beansprucht diese Anmeldung die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2022-157711 , die am 30. September 2022 eingereicht wurde, wobei der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2022-157711 durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen wird.
• Bezugszeichenliste

100

System

200

Röntgendiffraktometer

210

Röntgenstrahlenerzeugungssektion

220

Einfallsseiten-Optikeinheit

230

Goniometer

240

Probentisch

250

Emittierungsseiten-Optikeinheit

260

Detektor

300

Steuervorrichtung

310

Steuersektion

320

Vorrichtungsinformationsspeichersektion

330

Messdatenspeichersektion

340

Anzeigesektion

400

Verarbeitungsvorrichtung

405

Strukturfaktor-Berechnungssektion

410

Strukturfaktor-Gewinnungssektion

420

Datenkonvertierungssektion

430

Streuungsintensitätsberechnungssektion

440

Strukturbewertungssektion

450

Strukturschätzungssektion

510

Eingabevorrichtung

520

Anzeigevorrichtung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 202094945 A [0005]
• JP 2022157711 [0067]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• A. Mellergärd, R.L. McGreevy, Acta Crystallogr Acta Crystallogr. 55 (1999) 783-789 [0004]
• M.G. Tucker, M.T. Dove, D.A. Keen, J. Appl. Crystallogr. 34 (2001) 630-638 [0004]

Claims (10)

1. Verarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten eines Strukturfaktors umfassend: eine Strukturfaktor-Gewinnungssektion zum Gewinnen eines ersten Strukturfaktors basierend auf gemessenen Gesamtstreuungsdaten, eine Datenkonvertierungssektion zum Trennen des ersten Strukturfaktors in eine Kurzreichweiten-Korrelation und eine Langreichweiten-Korrelation, und eine Streuungsintensitätsberechnungssektion zum Gewinnen eines Strukturmodells, das eine atomare Anordnung in einer endlichen Region anzeigt, zum Berechnen einer Kurzreichweiten-Streuungsintensität des Strukturmodells und zum Berechnen eines zweiten Strukturfaktors aus der Kurzreichweiten-Streuungsintensität und der Langreichweiten-Korrelation.
2. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Wert einer Grenze zwischen der Kurzreichweiten-Korrelation und der Langreichweiten-Korrelation basierend auf einer Größe und einer Form einer Region des Strukturmodells bestimmt wird.
3. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Strukturbewertungssektion zum Berechnen eines Grades der Übereinstimmung oder eines Grades der Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor.
4. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend: eine Strukturschätzungssektion zum Erstellen des Strukturmodells, wobei die Strukturbewertungssektion das Strukturmodell ausgibt, bei dem der Übereinstimmungsgrad oder der Abweichungsgrad eine vorbestimmte Bedingung erfüllt.
5. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Strukturbewertungssektion den Grad der Übereinstimmung oder Abweichung zwischen dem ersten Strukturfaktor und dem zweiten Strukturfaktor innerhalb eines Bereichs berechnet, der gleich oder größer als ein unterer Grenzwert ist, der basierend auf dem Wert der Grenze zwischen der Kurzreichweiten-Korrelation und der Langreichweiten-Korrelation bestimmt wird.
6. Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Strukturschätzungssektion das Strukturmodell durch ein RMC-Verfahren erzeugt.
7. Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: eine Strukturfaktor-Berechnungssektion zum Gewinnen von Gesamtstreuungsdaten der Probe und zum Berechnen des ersten Strukturfaktors basierend auf einem Typ, einer Wellenlänge, einem Hintergrund, einer Form der Probe, einer Anordnung, einem Typ eines Bestandteilelements, einer Zusammensetzung und einem Absorptionskoeffizienten der Gesamtstreuungsdaten, wobei die Strukturfaktor-Gewinnungssektion den ersten Strukturfaktor gewinnt, der durch die Strukturfaktor-Berechnungssektion berechnet wird.
8. System umfassend eine Röntgenbeugungsvorrichtung, die eine Röntgenstrahlenerzeugungssektion zum Erzeugen von Röntgenstrahlen, einen Detektor zum Detektieren von Röntgenstrahlen und ein Goniometer zum Steuern der Drehung der Probe umfasst, und die Verarbeitungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Verfahren zum Verarbeiten eines Strukturfaktors, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Gewinnen eines ersten Strukturfaktors basierend auf gemessenen Gesamtstreuungsdaten, Trennen des ersten Strukturfaktors in eine Kurzreichweiten-Korrelation und eine Langreichweiten-Korrelation, Gewinnen eines Strukturmodells, das eine atomare Anordnung in einer endlichen Region repräsentiert, Berechnen einer Kurzreichweiten-Streuungsintensität des Strukturmodells und Berechnen eines zweiten Strukturfaktors aus der Kurzreichweiten-Streuungsintensität und der Langreichweiten-Korrelation.
10. Programm zum Verarbeiten eines Strukturfaktors, das einen Computer dazu veranlasst, die folgende Verarbeitung durchzuführen: Gewinnen eines ersten Strukturfaktors basierend auf gemessenen Gesamtstreuungsdaten, Trennen des ersten Strukturfaktors in eine Kurzreichweiten-Korrelation und eine Langreichweiten-Korrelation, Gewinnen eines Strukturmodells, das eine atomare Anordnung in einer endlichen Region repräsentiert, Berechnen einer Kurzreichweiten-Streuungsintensität des Strukturmodells, und Berechnen eines zweiten Strukturfaktors aus der Kurzreichweiten-Streuungsintensität und der Langreichweiten-Korrelation.

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