JP5839626B2 - 電子線回折による高スループット結晶構造解析のための方法及びデバイス - Google Patents

電子線回折による高スループット結晶構造解析のための方法及びデバイス Download PDF

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Description

本発明は、高スループット構造解析に適しており、ナノメートル範囲の寸法を有する結晶に適用することができる技法を用いて、電子線回折解析装置によって内部３次元構造、結晶方位、結晶相及び厚みのような結晶構造の特性を特定する分野にある。
有用な特性を得るために材料を高スループットのＸ線粉末法で選別することによって、数分の一のコストで、開発時間が桁違いに短縮される。たとえば、結晶相を明確に区別できることが、製薬分野において最も大きな利点であることがわかっている。各結晶形の粉末Ｘ線回折パターンは、その形に特有の特徴的な複数組のピークを含み、それにより、それらのパターンを指紋として使用できるようになる。完全に自動的な粉末結晶データ評価によって、得られた大量の情報を迅速に（数分でパターン解析される）、かつ高い費用対効果で処理できるようになる場合がある。そのような高スループットの技法は、工業製品の品質管理に強い影響を及ぼす。
数多くの最新の科学的及び工業的な用途では、大部分の物質が秩序正しく、多くの場合に結晶性を有するナノメートルスケールにおいて、サンプルを調査できる必要がある。
それらの物質の物理的特性は結晶構造に依存する。残念なことに、原子構造を特定するための従来の方法、すなわちＸ線結晶学は、ナノメートル範囲のサイズを有する単結晶に対して使用することはできない。なぜなら、最新のシンクロトロン源を用いて単結晶構造を特定するための限界サイズは５ミクロンよりも大きいためであり、又は粉末Ｘ線パターンは、結晶サイズ（ｎｍ）が小さくなると、極めて悪い分解能を示すためである（たとえば、ピークが広がり、重なり合う）。この簡単な事実が、ナノサイエンス、すなわち、半導体から製薬及びタンパク質までの数多くの分野において極めて重大な科学分野に対する高スループット解析の任意の試みにＸ線結晶学が貢献するのを結果として制限する。それゆえ、ナノ結晶状態においてのみ存在する化合物は通常、構造を特定するＸ線回折法では力が及ばないので、結果として、そのようなナノ構造は、その所与の重要性にもかかわらずわかっていない。根本的な構造−特性の関係に関する知識が結果として不足していることは、多くの場合に、研究部門全体における飛躍的な発展を妨げるか、又はさらなる製品開発のサイクルにおいて致命的な遅れを引き起こす場合がある。
根本的な構造−特性の関係に関する知識が結果として不足していることは、多くの場合に、研究部門全体における飛躍的な発展を妨げるか、又はさらなる製品開発のサイクルにおいて致命的な遅れを引き起こす場合がある。
電子はＸ線よりも約１０３〜１０４倍だけ物質と強く相互作用し、それゆえ、ナノメートルサイズの範囲における結晶の電子線回折（ＥＤ）にとって理想的であるので、ＥＤはナノ結晶サイズにおける構造的な問題を解決するのに最適な方法である。ナノ結晶サンプルは、電子顕微鏡法及び電子線回折の両方によって調査することができる。電子ビームを透過モードにおいて使用する透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）は構造の直接的な画像を与えるが、レンズの歪み及び解像度が限られるという問題を抱える。これは、非常に高い解像度、たとえば、０．５オングストローム、さらにはそれ以上の解像度まで行くことができるが、動的散乱という問題を抱える、電子線回折技法における電子ビームの使用とは対照的である。しかしながら、結晶構造を解明するのにＥＤ強度を直に使用することは（Ｘ線技法とは異なり）現時点では不可能である。これらの欠点が、現在、ナノ結晶構造解析のための信頼性のある技法としてＥＤを広く使用することを制限する。任意のナノ結晶の３次元構造を解明するには、同じ結晶から、できる限り多くの晶帯軸（ＺＡ）からの３次元（３Ｄ）強度データを収集する必要がある。対称性の低い数多くの構造、たとえば、単斜晶系結晶、三斜晶系結晶の場合、広い角度範囲（たとえば、−４０度〜４０度）にわたって、そのようなＺＡを得るために、結晶を傾けることが重要である。回折モードにおいて用いられる従来のＴＥＭは、試料ホルダーの幾何学的配置及び対物レンズの極片ギャップによって引き起こされる制限に起因して、必ずしも高い傾斜角を許すとは限らない。これにより、３Ｄデータの達成可能な解像度において深刻な制限が生じる（ミッシングコーン問題）。結果として、任意のナノ結晶のための３Ｄデータ収集は極めて時間を要する作業であり、熟練した研究者の場合であっても良好な品質のデータセットを得るのに数日かかる場合があるので、その方法は、日常的な調査にとって極めて魅力がなく、適していないものになる。この状況は、調査されるナノ結晶が電子ビームの影響を受けやすい有機化合物であるときにさらに悪くなる。その場合、極低温冷却のような低線量条件を適用して、ビーム損傷を最小限に抑える場合であっても、ビームの影響を受けやすいために、数分／秒よりも長い時間にわたって結晶構造完全性を保存するのは不可能であり、それゆえ、単結晶方位及びデータ収集の全体として時間を要する標準的な手順（通常、何十分も続く）を難しくするか、又は不可能にする。
したがって、従来のＴＥＭ ＥＤデータ収集技法は一般的に制限される。その標準的な手順は非常に長い時間を要し、同じ単結晶に関する完全な３Ｄ−ＥＤ強度を収集できず、電子の多重／動的散乱に起因して、結晶構造についての情報を伝える回折強度の品質は悪い。
これに関連して、Roger Vincent及びPaul Midgley（非特許文献１）によって開発された電子線回折プリセッション法（electron diffraction precession method：ＥＤＰＭ）は、初めて動的回折効果を著しく小さくできるようにしたので、極めて重要な役割を果たす。この技法では、電子ビームを小さな角度、通常１〜３度だけ傾けて、その後、ＴＥＭ光軸を中心にして回転させる。このようにして、逆格子空間の体積（励起誤差にわたる積分）が記録され、さらに重要なことには、いつでも少数の反射のみが励起されるので、多重／動的散乱が大幅に削減される。
電子線回折回転法（electron diffraction rotation method：ＥＤＲＭ）として知られている、ナノ単結晶から完全な３Ｄ電子線回折データを収集するための代替の方法が提案されており（特許文献１）、その方法も多重／動的散乱を低減する。電子プリセッションを達成するデバイスと概ね同様のデバイスによって電子回転を達成することができる。主な違いは、電子ビームが円を回転させるのではなく、振り子のような直線に従うことである。この線は、ｘ方向に沿って、又はｙ方向に沿って、又はその間の任意の対角線に沿って存在することができる。部分的に記録された反射を取り扱うために、そのデータは複数の小さな角度ステップにおいて収集されなければならない。たとえば、各走査は、１つの線に沿って、±０．５度のみの回転を有する場合がある。次の走査は、厳密に以前に停止された場所、すなわち、＋０．５度から＋１．５度まで続くことになり、その次の走査は＋１．５度から＋２．５度までであり、それ以降も同様である。１つのそのような一連の回転パターンは全部で約６度まで及ぶことができる。厳密な範囲は電子顕微鏡の具体的なモデルの設計によって制限され、その後、結晶が数度だけ傾けられ、データ収集が再開されるであろう。このようにして、回折トモグラフィのようなモードにおいて、完全な３Ｄ回折セットを得ることができる。ＥＤＲＭのためのそのようなデバイスは、電子ビームを、予め決定されるが、可変の角度回転範囲だけ、かつ任意の方向に沿って回転させることができる。
しかしながら、ＥＤＲＭ技法及び上記のＥＤＰＭ技法の欠点の１つは、３Ｄデータ収集のために全角度範囲にわたって同時に傾けること、及びＴＥＭホルダーを位置合わせすることが非常に時間を要する手順であることである。さらに、製薬工業において有用な結晶及びタンパク質ナノ結晶が電子ビームの影響を受けやすいことに起因して、低線量条件及びＬＮ２冷却下であっても、各結晶から限られた数のＥＤパターン（たとえば、１〜３）しか得ることができない。さらに、ＥＤＰＭ技法及びＥＤＲＰ技法はいずれも、選択された結晶軸を中心にして特定のナノ単結晶を手動で又は自動で（コンピューター制御されたＴＥＭホルダーを通じて）傾けることによって３Ｄ回折データを収集することを当てにする。
高角度環状暗視野検出器（high angular annular dark field detector：ＨＡＡＤＦ）を用いてナノビームＥＤ及びＳＴＥＭ撮像を組み合わせる自動電子線回折トモグラフィ手順（ＡＤＴ）が開発された。後者の検出器を使用することによって、回折に対する従来の手法に比べて、ビーム損傷を著しく低減できるようになる。ＡＤＴによれば、実験研究中の通常の手法は、適切な結晶を見つけること、マーカ（スポット又は許容エリア）を用いてその結晶を選択すること、及び所与の流れに従って、ゴニオメーター軸を中心にしてその結晶を傾けることである。結晶軸がゴニオメーター軸に沿って向けられる必要はない。ピークサーチ後に、自動データ処理ルーチンが、自動的にセルパラメーターを決定できるようにする。結果として生成される（部分的な）３Ｄ回折データネットワークによって、結晶セル、部分的な無秩序のような影響、双晶形成、多形体及び超格子を検出できるようになり、不完全なＥＤネットワークからであっても、ＥＤ強度を測定することによって、個々の結晶ナノ構造を解明できるようになる場合がある。しかしながら、ＡＤＴは、先行するＥＤＰＭ及びＥＤＲＭ技法と同様に、時間を要する技法である。
国際出願ＰＣＴ／ＳＥ２００７／０５０８５３号
Roger Vincent及びPaul Midgley著「Double conical beam-rocking system for measurement of integratedelectron diffraction intensities」（Ultramicroscopy 53:271-282, 1994）
電子線回折に基づくナノ結晶構造解析のための当該技術分野の技法は時間を要し、傾斜角の全範囲を得るために長い露光プロトコルを用いることが従来技術から明らかである。高スループット測定に十分に役に立つ、より時間効率のよい手順が必要とされている。
本発明の１つの実施の形態は、
結晶サンプルの電子線回折トモグラフィのための方法であって、
ａ）ランダムな方位にある複数の前記結晶３６を含むサンプル３８を準備するステップと、
ｂ）該サンプル３８の１つのエリア内の複数の別個の場所４２、４３のそれぞれから電子線回折パターン、すなわちＥＤパターン４４、４６を得るステップであって、該ＥＤパターンを得るために用いられる該電子ビームは、該ビームが該サンプル３８の別個の場所４２、４３毎に収束するようなビーム走査プロトコルと組み合わせて、該サンプル３８にわたって走査される、得るステップと、
ｃ）ｂ）において得られた個々の該ＥＤパターン４４、４６に適用されるテンプレートマッチング４９を用いて、該サンプル内の異なる結晶方位を特定するステップと、
ｄ）仮想明視野、ＳＴＥＭ明視野、ＨＡＡＤＦ又はゼロロスＥＥＬＳ厚みマップとして得られる相対厚みマップから、該ＥＤパターンが得られた該別個の場所４２、４３における相対的な結晶厚を求めるステップと、
ｅ）ｄ）において求められた該相対厚みから、共通強度スケールファクターを求めると共に、別個の場所４２、４３からの個々のＥＤパターンの強度を正規化するステップと、
ｆ）３次元の１組の正規化されたＥＤパターン及び方位情報から、該ランダムな方位にある結晶の該原子結晶構造を計算するステップ６６と、
を含む、方法である。
本発明の１つの実施の形態は、走査プロトコルと組み合わせて、該サンプル及びしたがって該別個の場所にわたって該電子ビームを該走査することは、該サンプル後方に配置される偏向コイルによって該ＥＤパターンを同様にデスキャンすることと組み合わせて、該サンプル前方に配置される該ＴＥＭ内の偏向コイルを用いて該電子ビームを走査することによって達成される、上述した方法である。
本発明の別の実施の形態は、電子ビームの該走査プロトコルはビームプリセッションプロトコル若しくはビーム回転プロトコルにあるか、又は結果として準運動学的回折パターンが生成される任意の走査モードプロトコルにある、上述した方法である。
本発明の別の実施の形態は、別個の場所はアレイを形成し、各アレイ要素は該電子ビームの順次変位によって露光される、上述した方法である。
本発明の別の実施の形態は、同じ相の結晶に属さないＥＤパターンはステップｆ）において用いられない、上述した方法である。
本発明の別の実施の形態は、異なる方位及び異なる既知の相にある複数の結晶３６を含むサンプル３８の方位及び相マップを計算するための方法であって、
ａ）異なる方位にある複数の前記結晶３６を含むサンプル３８を準備するステップと、
ｂ）該サンプル３８のエリア内の複数の別個の場所４２、４３のそれぞれから電子線回折パターン４４、４６を得るステップであって、該電子線回折パターンを得るために用いられる該電子ビームは、該サンプル３８後方の同様のデスキャン３４と組み合わせて、該サンプル３８の該別個の場所において該電子ビームが収束するように、プリセッションモードプロトコル又は上記で規定した他のプロトコルにおいて走査される（３０）、得るステップと、
ｃ）ｂ）において得られた個々の該回折パターン４５、４６に適用されるテンプレートマッチングを用いて該結晶方位を特定するステップと、
ｄ）ｂ）において得られた該個々の回折パターン４５、４６に適用されるテンプレートマッチングを用いることによって、異なる結晶相の存在を特定するステップと、
ｅ）ステップｃ）の該特定から該サンプル内の結晶の方位マップ及び相マップを計算するステップと、
を含む、方法である。
本発明の別の実施の形態は、ＴＥＭに接続するためのデバイスであって、結晶のサンプル３８のエリア内の複数の別個の場所４２、４３のそれぞれからＥＤパターン４４、４６を得るように、かつ該サンプル３８の別個の場所４２、４３毎に該ビームが収束するようなビーム走査プロトコルと組み合わせて、該サンプル３８にわたって該ＥＤパターンを得るために用いられる該電子ビームを走査するように、前記ＴＥＭを適合させるように構成される、ＴＥＭに接続するためのデバイスである。
本発明の別の実施の形態は上記のようなデバイスであり、ＴＥＭは、該サンプル前方に配置される偏向コイル及び該サンプル後方に配置される偏向コイルを備え、該デバイスは、該サンプル後方に配置される偏向コイルによって該ＥＤパターンを同様にデスキャンすることと組み合わせて、該サンプル前方に配置される該ＴＥＭ内の偏向コイルを起動して該電子ビームを走査するように構成される。
本発明の別の実施の形態は上記のようなデバイスであり、サンプルにわたって該電子ビームを走査するための信号を与えるように構成される走査信号発生器をさらに備え、関数発生器が該走査プロトコルのための信号を与えるように構成される。
本発明の別の実施の形態は上記のようなデバイスであり、ＴＥＭ内の蛍光板上に投影されるＥＤパターンを捕捉するように構成されるデジタルカメラ、又はオプションの光学ＣＣＤカメラをさらに備える。
本発明の別の実施の形態は上記のようなデバイスであり、電子ビームによる動きを制御すると共に、全ての取り得る結晶方位及び相について、記録されたＥＤ強度パターンとシミュレートされたテンプレートとを比較し、最も一致するものを特定することによって、結晶方位及び相を特定するためのテンプレートマッチングを実行するように構成される、コンピューター可読記憶手段を有するコンピューターをさらに備える。
本発明の別の実施の形態は、ＴＥＭとインターフェースするためのデバイスであって、上記のような方法を実行するためにＴＥＭを適合させるように構成される、デバイスである。
本発明の別の実施の形態は、上記のような方法及びそのためのデバイスであり、実験プリセッション準運動学的強度及び結晶間隔を含むプロットを用いて個々の結晶粒／微結晶をさらに／代替的に識別／フィンガープリンティングすることをさらに含み、それらのプロットはＣＯＤ、ＩＣＤＤ、ＦＩＺ等の結晶データバンクデータと比較される。
本発明の別の実施の形態は、上記のような方法及びデバイスであり、上記の方法によるビーム走査をＥＤエネルギーフィルタリングと組み合わせることによって、個々の結晶粒／微結晶の改善された識別／フィンガープリンティング、並びにさらに良好な品質の方位相マップが得られる。
本発明の別の実施の形態は、上記のような方法及びデバイスであり、結晶にわたる高速走査が結晶劣化、及びその後のＥＤパターン品質低下を防ぐので、必ずしも試料低温保存技法を用いることなく、ビームの影響を受けやすい有機化合物を含む全てのタイプのナノマテリアルがフィンガープリンティングされ、その結晶構造が高スループットで解明される。
本発明の技法による構造研究のために適している透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の断面図である。 Ａ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭ並びにテンプレートマッチングを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いて結晶のサンプルの方位マップを特定するステップを示す図である。 Ｂ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭ並びにテンプレートマッチングを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いて結晶のサンプルの方位マップを特定するステップを示す図である。 Ｃ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭ並びにテンプレートマッチングを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いて結晶のサンプルの方位マップを特定するステップを示す図である。 Ｄ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭ並びにテンプレートマッチングを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いて結晶のサンプルの方位マップを特定するステップを示す図である。 Ｅ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭ並びにテンプレートマッチングを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いて結晶のサンプルの方位マップを特定するステップを示す図である。 Ｆ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭ並びにテンプレートマッチングを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いて結晶のサンプルの方位マップを特定するステップを示す図である。 Ａ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いて結晶のサンプルの厚みマップを特定するステップを示す図である。 Ｂ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いて結晶のサンプルの厚みマップを特定するステップを示す図である。 Ｃ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いて結晶のサンプルの厚みマップを特定するステップを示す図である。 Ｄ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いて結晶のサンプルの厚みマップを特定するステップを示す図である。 Ａ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭ並びにテンプレートマッチングを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いてサンプル内の結晶の３次元結晶構造を特定するステップを示す図である。 Ｂ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭ並びにテンプレートマッチングを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いてサンプル内の結晶の３次元結晶構造を特定するステップを示す図である。 Ｃ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭ並びにテンプレートマッチングを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いてサンプル内の結晶の３次元結晶構造を特定するステップを示す図である。 Ｄ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭ並びにテンプレートマッチングを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いてサンプル内の結晶の３次元結晶構造を特定するステップを示す図である。 Ｅ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭ並びにテンプレートマッチングを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いてサンプル内の結晶の３次元結晶構造を特定するステップを示す図である。 Ｆ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭ並びにテンプレートマッチングを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いてサンプル内の結晶の３次元結晶構造を特定するステップを示す図である。 Ｇ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭ並びにテンプレートマッチングを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いてサンプル内の結晶の３次元結晶構造を特定するステップを示す図である。 Ｈ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭ並びにテンプレートマッチングを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いてサンプル内の結晶の３次元結晶構造を特定するステップを示す図である。 Ｉ：走査モード及び変位モードにおいて動作するＴＥＭ並びにテンプレートマッチングを含む、本発明の電子線回折解析装置を用いてサンプル内の結晶の３次元結晶構造を特定するステップを示す図である。 Ａ：ナノ結晶銅のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。 Ｂ：ナノ結晶銅のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。 Ｃ：ナノ結晶銅のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。 Ｄ：ナノ結晶銅のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。 Ｅ：ナノ結晶銅のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。 Ａ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。図６Ａはプリセッションなし、０．６５度、［１０１］。 Ｂ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。 Ｃ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。 Ｄ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。 Ｅ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。 Ｆ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。図６Ｆは、プリセッションあり、［１０１］の方位。 Ｇ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。 Ｈ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。 Ａ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップのさらなる例を示す図である。図７Ａはプリセッションなし、［１−１０］から−２度。 Ｂ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップのさらなる例を示す図である。 Ｃ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップのさらなる例を示す図である。 Ｄ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップのさらなる例を示す図である。 Ｅ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップのさらなる例を示す図である。 Ｆ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップのさらなる例を示す図である。図７Ｆは、プリセッションあり、［１−１０］の方位。 Ｇ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップのさらなる例を示す図である。 Ｈ：走査（プリセッションを伴う）が用いられるとき（Ｆ）と比較される、走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）の石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのステップのさらなる例を示す図である。 Ａ：石綿繊維結晶のサンプル内の石綿結晶の正確な相を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。図８Ａは、クロシドライト。 Ｂ：石綿繊維結晶のサンプル内の石綿結晶の正確な相を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。図８Ｂは、指数＝１２４２。 Ｃ：石綿繊維結晶のサンプル内の石綿結晶の正確な相を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。図８Ｃは、クリソタイル。 Ｄ：石綿繊維結晶のサンプル内の石綿結晶の正確な相を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。図８Ｄは、指数＝５５０。 Ｅ：石綿繊維結晶のサンプル内の石綿結晶の正確な相を特定するテンプレートマッチングのステップの一例を示す図である。 Ａ：ＥＤビーム及びパターンの走査（プリセッションを伴う）が用いられないときに任意の方位にあるマイエナイト（mayenite）結晶Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３から得られるＥＤパターンの図である。 Ｂ：図９Ａと比較される、ＥＤビーム及びパターンの走査（プリセッションを伴う）が用いられるときに任意の方位にあるマイエナイト結晶Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３から得られるＥＤパターンの図である。 Ａ：走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）及び用いられるとき（Ｃ）に、本発明の方法に従って測定されたマイエナイト結晶のサンプルの方位マップ及び厚みマップ（仮想明視野マップ）を示す図である。 Ｂ：走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）及び用いられるとき（Ｃ）に、本発明の方法に従って測定されたマイエナイト結晶のサンプルの方位マップ及び厚みマップ（仮想明視野マップ）を示す図である。 Ｃ：走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）及び用いられるとき（Ｃ）に、本発明の方法に従って測定されたマイエナイト結晶のサンプルの方位マップ及び厚みマップ（仮想明視野マップ）を示す図である。 Ｄ：走査（プリセッションを伴う）が用いられないとき（Ａ）及び用いられるとき（Ｃ）に、本発明の方法に従って測定されたマイエナイト結晶のサンプルの方位マップ及び厚みマップ（仮想明視野マップ）を示す図である。 Ａ：走査（プリセッションを伴う）が用いられなかった場合に、炭化物Ｍ２３Ｃ６及び六方晶系窒化物Ｃｒ２Ｎの沈殿物を含む４３０ステンレス鋼のサンプルから得られる方位マップを示す図である。 Ｂ：走査（プリセッションを伴う）が用いられなかった場合に、炭化物Ｍ２３Ｃ６及び六方晶系窒化物Ｃｒ２Ｎの沈殿物を含む４３０ステンレス鋼のサンプルから得られる相マップを示す図である。 Ｃ：走査（プリセッションを伴う）が用いられた場合に、炭化物Ｍ２３Ｃ６及び六方晶系窒化物Ｃｒ２Ｎの沈殿物を含む４３０ステンレス鋼のサンプルから得られる相マップを示す図である。 Ａ：仮想明視野マップへの残留磁気効果を示す図である。 Ｂ：相関指数マップへの残留磁気効果を示す図である。 Ｃ：先行して収集されたＥＤパターンの或るパーセンテージを差し引く効果を示す図である。 Ｄ：しきい値より高い指数相関マップをフィルタリングする効果を示す図である。 Ａ：エネルギーフィルターを用いることなく、プリセッションモードにおいてＴＥＭを用いて収集される任意の方位にあるマイエナイト結晶から得られるＥＤパターンを示す図である。 Ｂ：エネルギーフィルターを用いて、プリセッションモードにおいてＴＥＭを用いて収集される任意の方位にあるマイエナイト結晶から得られるＥＤパターンを示す図である。 本発明の方法において使用することが可能である電子線回折デバイス（たとえば、ＴＥＭ）及び関連するデバイスの取り得る構成を示す図である。 本発明の方法において使用することが可能である電子線回折デバイス（たとえば、ＴＥＭ）及び関連するデバイスの取り得る構成を示す図である。 本発明の方法において使用することが可能である電子線回折デバイス（たとえば、ＴＥＭ）及び関連するデバイスの取り得る構成を示す図である。 本発明の方法において使用することが可能である電子線回折デバイス（たとえば、ＴＥＭ）及び関連するデバイスの取り得る構成を示す図である。 本発明の方法において使用することが可能である電子線回折デバイス（たとえば、ＴＥＭ）及び関連するデバイスの取り得る構成を示す図である。 Ａ：ビームがプリセッションモードにある間にＴＥＭ対物レンズ収差を補正するために、ユーザーが、プリセッション信号Ｘ及びＹに加えられる特別な波形の形状を手動で制御できるようにするグラフィックユーザーインターフェースを示す図である。 Ｂ：ビームがプリセッションモードにある間にＴＥＭ対物レンズ収差を補正するために、ユーザーが、プリセッション信号Ｘ及びＹに加えられる特別な波形の形状を手動で制御できるようにするグラフィックユーザーインターフェースを示す図である。 Ｃ：ビームがプリセッションモードにある間にＴＥＭ対物レンズ収差を補正するために、ユーザーが、プリセッション信号Ｘ及びＹに加えられる特別な波形の形状を手動で制御できるようにするグラフィックユーザーインターフェースを示す図である。
他に規定されない限り、本明細書において用いられる全ての科学技術用語は、当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書において参照される全ての刊行物は、参照により本明細書に援用される。本明細書において参照される全ての米国特許及び米国特許出願は、図面を含め、参照によりその全体が本明細書に援用される。
１つ、又は２つ以上を、すなわち、冠詞の文法的な目的語のうちの少なくとも１つを参照するために、本明細書において冠詞「１つの（"a" and "an"）」が用いられる。一例として、「１つの関数発生器」は、１つの関数発生器、又は２つ以上の関数発生器を意味する。
端点による数値範囲の列挙は全ての整数を含み、適切な場合には、その範囲内に含まれる分数も含む（たとえば複数の関数発生器を言及するときに、たとえば、１〜５は１、２、３、４を含むことができ、たとえば測定値を言及するときには、１．５、２、２．７５及び３．８０を含むこともできる）。端点の列挙は、端点の値そのものも含む（たとえば、１．０〜５．０は、１．０及び５．０の両方を含む）。
図２を参照すると、本発明の一実施形態は、種々の方位にある複数の結晶３６を含むサンプル３８を準備すると共に、そのサンプル３８の１つのエリア内の複数の別個の場所４２、４３のそれぞれから電子線回折パターン４４、４６を得ることによって、電子線回折デバイス（たとえば、ＴＥＭ）を用いて上記結晶のサンプルの方位マップを計算するための方法に関し、電子線回折パターンを得るために用いられる電子ビームは、サンプル３８後方の同様のデスキャン３４と組み合わせて、サンプル３８の上記場所（たとえば、４２又は４３）において電子ビームが収束するような走査プロトコルを用いて走査される（３０）。図２Ａにおいて、プリセッションを伴う入射電子ビームが１つの場所４２に向けられ、その間、ＥＤパターンが収集される。その後、プリセッションを伴う入射電子ビームが別の場所４３（図２Ｂ）に進められ（４０）、その間、別のＥＤパターンが収集される。サンプル３８の所望のエリアが収集されるまでビーム走査することによって、プリセッションを伴う入射電子ビーム３０による変位が続けられる（４１）。プリセッション、又は他の走査プロトコルを使用する結果として、準運動学的強度、及び以下に言及される他の利点が得られる。こうして、各場所から収集される複数（４５）のＥＤパターン４４、４６が得られる（図２Ｃ）。テンプレートマッチング４９を用いて、各ＥＤパターン４４が、異なる結晶方位で計算済みのシミュレートされたＥＤパターン５０のデータベース４８と比較される（図２Ｄ）。シミュレートされたパターンのうちの最も一致するもの５２によって、ＥＤパターン毎に結晶方位を特定できるようになる（図２Ｅ）。方位情報は方位マップ５４として提示され、異なる方位５６がそれぞれ、異なる色、灰色の色調、パターン化された線、又はその方位が測定された場所４２、４３に対応する別のものでプロットされ（図２Ｆ）、それにより方位マップ５４が得られる。
したがって、本発明の一実施形態は、電子線回折デバイス（たとえば、ＴＥＭ）を用いて種々の方位にある複数の結晶３６を含むサンプル３８の方位マップを計算するための方法に関し、該方法は、
ａ）種々の又はランダムな方位にある複数の上記結晶３６を含むサンプル３８を準備するステップと、
ｂ）サンプル３８の１つのエリア内の複数の別個の場所４２、４３のそれぞれから電子線回折パターン、すなわちＥＤパターン４４、４６を得るステップであって、ＥＤパターンを得るために用いられる電子ビーム３０は、別個の場所４２、４３毎にビームが収束するようなビーム走査プロトコルと組み合わせて、サンプル３８にわたって別個の場所４２、４３毎に走査される、得るステップと、
ｃ）ｂ）において得られた個々の回折パターン４４、４６に適用されるテンプレートマッチングを用いて、異なる方位を有する結晶の存在を特定するステップと、
ｄ）ステップｃ）の特定から、サンプルの方位マップを計算するステップとを含む。
同じ技法を用いて、サンプルの相マップを得ることもできる。相マップは方位マップと同時に計算することができる。したがって、本発明の別の実施形態は、電子線回折デバイス（たとえば、ＴＥＭ）を用いて種々の方位にある複数の結晶３６を含むサンプル３８の相マップを計算するための方法に関し、該方法は、
ａ）種々の方位にある複数の上記結晶３６を含むサンプル３８を準備するステップと、 ｂ）サンプル３８のエリア内の複数の別個の場所４２、４３のそれぞれから電子線回折パターン、すなわちＥＤパターン４４、４６を得るステップであって、ＥＤパターンを得るために用いられる電子ビーム３０は、別個の場所４２、４３毎にビームが収束するようなビーム走査プロトコルと組み合わせて、サンプル３８にわたって別個の場所４２、４３毎に走査される、得るステップと、
ｃ）ｂ）において得られた個々の回折パターン４４、４６に適用されるテンプレートマッチングを用いて、異なる相を有する結晶の存在を特定するステップと、
ｄ）ステップｃ）の特定から、サンプルの相マップを計算するステップとを含む。
図３を参照すると、本発明の別の実施形態は、電子線回折デバイスを用いて、結晶のサンプルの相対厚みマップを計算するための方法に関する。ビーム走査中に（図３Ａは、図２と同じ参照符号を利用する）、ＣＣＤカメラによって中央ＥＤパターンの強度を測定することによって、相対厚みマップを作成することができる。そのような実験厚みマップ（仮想明視野、ＶＢＦに等価である）画像は、実験方位マップと相関する。デジタル形式で記録される、それら全てのマップにおいて、後の段階で（走査後にオフラインで）、ＺＡ方向に向けられたＥＤプリセッション準運動学的パターンを選択し、それらの相対強度を共通スケールファクターと相関させることができる。その強度が結晶の厚みに比例する、（排他的ではないが）図３Ｂに示されるＥＤパターン４４’の中央スポット５３のような、内部結晶構造にかかわらず一定の強度を有するマーカの強度を用いて、場所４２、４３における結晶の厚みを特定することができる。厚み情報は厚みマップ５８、すなわち仮想明視野（ＶＢＦ）マップとして提示され、異なる厚み６０がそれぞれ、異なる色、灰色の色調、パターン化された線、線の厚み、又はその方位が測定された場所４２、４３に対応する別のものでプロットされ（図３Ｄ）、それによりサンプルの厚みマップ５８が得られる。図３Ｄは対応する方位マップを示す。そのような相対厚みマップは、ＳＴＥＭ撮像、ＨＡＡＤＦ撮像及びゼロロスＥＥＬＳ撮像を含む他の検出器を使用することによって作成することもでき、上記のようなビームプリセッション及び走査と組み合わせて用いることもできる。
図４を参照すると、本発明の別の実施形態は、種々の方位にある複数の結晶３６を含むサンプル３８を準備すると共に、サンプル３８の１つのエリア内でビーム走査によって複数の別個の場所４２、４３のそれぞれから電子線回折パターン４４、４６を得ることによって、上記結晶のランダム電子線回折トモグラフィ（逆格子の３次元断片を特定する）ための方法に関し、電子線回折パターンを得るために用いられる電子ビームは、同様に、サンプル３８後方の同様のデスキャン３４と組み合わせて、サンプル３８の上記場所（たとえば、４２又は４３）において電子ビームが収束するような走査プロトコルに従って走査される（３０）。図４−１Ａにおいて、プリセッションを伴う入射電子ビームが１つの場所４２に向けられ、その間、ＥＤパターンが収集される。次に、プリセッションを伴う入射電子ビームが別の場所４３（図４−１Ｂ）に進められ（４０）、その間、別のＥＤパターンが収集される。サンプル３８の所望のエリアが収集されるまで、プリセッションを伴う入射電子ビーム３０の移動が続けられる（４１）。プリセッション、又は他の走査プロトコルを使用する結果として、準運動学的強度、及び本明細書の他の場所において言及される他の利点が得られる。こうして、各場所から収集される複数（４５）のＥＤパターン４４、４６が得られる（図４−１Ｃ）。テンプレートマッチング４９を用いて、各ＥＤパターン４４が、異なる結晶方位で計算済みのシミュレートされたＥＤパターンのデータベースと比較される。シミュレートされたパターンのうちの最も近いマッチングを示すものによって、ＥＤパターン毎に結晶方位を特定できるようになる。この方位情報を用いて、ランダムな方位の全ての結晶の厳密な方位を計算する。方位情報はオプションで方位マップ５４として提示される場合があり、異なる方位５６がそれぞれ、異なる色、灰色の色調、パターン化された線、又はその方位が測定された場所４２、４３に対応する別のものでプロットされ（図４−１Ｅ）、それにより方位マップ５４が得られる。各場所から収集される複数（４５）のＥＤパターン４４、４６から（図４−１Ｃ）、上記場所における結晶の厚みが計算される。その強度が結晶の厚みに比例する、中央ＴＥＭスポットのような、内部構造にかかわらず一定の強度を有するマーカの強度を用いて、その場所４２、４３における結晶の厚みを推定することができる。厚み情報はオプションで厚みマップ５８、すなわち仮想明視野（ＶＢＦ）マップとして提示される場合があり、異なる厚み６０がそれぞれ、異なる色、灰色の色調、パターン化された線、線の厚み、又はその厚みが測定された場所４２、４３に対応する別のものでプロットされ（図４−１Ｄ）、それによりサンプルの厚みマップ５８が得られる。同様の相対厚みマップは、そのサンプルにわたる厚みのばらつきに対応するＳＴＥＭ若しくはＨＡＡＤＦ撮像又はゼロロスＥＥＬＳ密度マップによって得られる場合もある。そのような厚み情報（たとえば、厚みマップ５８の形をとる）を用いて、収集されるセット４５内のＥＤパターン４４、４６の強度を調整し（図４−２Ｆ）、それにより結晶厚の影響を取り除くために適用される（６３）共通強度スケールファクターを求める。強度で正規化されたＥＤパターン４４’、４６’のセット６４（図４−２Ｇ）を、方位情報５４（図４−２Ｈ）と共に用いて、結晶の内部構造６８を計算する（６６）（図４−２Ｉ）。構造特定において用いられるそれらのＥＤパターンを選択するためにフィルタリングステップが含まれる場合があり、フィルタリングステップは、同じ相の結晶、準運動学的強度を示すＥＤパターン、種々のＺＡに対して完全にランダムな方位であるか、又は方位（特定のＺＡから離れる）が正確にわかっている結晶からのＥＤパターンを選択することは理解されよう。セル寸法のようなパラメーターが予め求められていることは理解されよう。種々のＺＡからの１組の３Ｄ準運動学的プリセッション強度を収集することによって、ＥＤＰＭ及びＥＤＲＭ技法によって必要とされるような角度範囲にわたって個々の結晶を傾けることを必要とすることなく、結晶ナノ構造のランダムな方位のＥＤパターン（共通の正規化された強度を有する）を解明することができる。同じ手順は、特定のＺＡから離れて、正確にわかっている方向に向けられるナノ結晶にも当てはまる。
したがって、本発明の別の実施形態は、結晶サンプルの電子線回折トモグラフィのための方法であって、
ａ）種々の方位にある複数の結晶３６を含むサンプル３８を準備するステップと、
ｂ）サンプル３８のエリア内の複数の別個の場所４２、４３のそれぞれから電子線回折パターン、すなわちＥＤパターン４４、４６を得るステップであって、ＥＤパターンを得るために用いられる電子ビームは、ビームがサンプル３８の別個の場所４２、４３毎に収束するようなビーム走査プロトコルと組み合わせて、サンプル３８にわたって別個の場所４２、４３毎に走査される、得るステップと、
ｃ）ｂ）において得られた個々の回折パターン４４、４６に適用されるテンプレートマッチング４９を用いて、異なる方位を有する結晶の存在を特定するステップと、
ｄ）ｂ）において得られた個々の回折パターン４４、４６から、ＥＤパターンが得られた別個の場所４２、４３における結晶厚を求めるステップと、
ｅ）ｄ）において求められた厚みから、共通強度スケールファクターを求めると共に、各ＥＤパターンの強度を正規化するステップと、
ｆ）正規化されたＥＤパターン及び方位情報から、サンプル内に存在する各別個の結晶相の原子結晶構造を計算するステップ６６とを含む、結晶サンプルの電子線回折トモグラフィのための方法である。
サンプルは種々の方位にある結晶の分布を含み、本方法はサンプル内の複数の場所から回折パターンを得るので、種々の結晶方位の場合の回折パターンの分布が得られる。それゆえ、サンプル内の結晶のランダムな方位は、実効的な傾斜角の範囲を与えるので、構造を特定するために必要な角度範囲を得るために結晶を傾ける要件を不要にする。テンプレートマッチングの使用は、この方位の指示を、さらには相の指示も与える。さらに、サンプルの前方及び後方において電子ビームを走査することによって（たとえば、ＥＤＰＭ又はＥＤＲＭによる）、最も近い晶帯軸から小さな方位差を有する結晶から得られる準運動学的回折パターンは、その特定の晶帯軸に沿って完全に向けられるように見える。異なる結晶からの種々のＥＤパターンの準運動学的強度は、相対ＶＢＦ、ＳＴＥＭ、ＨＡＡＤＦ又はゼロロスＥＥＬＳ相対厚みマップからの中央スポットの強度から計算される共通強度スケールファクターを用いて、種々の厚みについて正規化することができる。本方法は最終的に、ＺＡ方向に向けられるプリセッションパターンの全てから完全な１組の３次元（３Ｄ）強度を与え、それにより、結晶の構造を解明できるようにし、信頼性のある３Ｄ原子モデルを確立できるようにする。
本発明において用いられる電子線回折デバイスは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の機能を有する任意のデバイスであり、したがってＴＥＭとすることができる。図１は、本発明において用いるのに適しているＴＥＭの取り得る構成を表す。ＴＥＭ１は電子銃２を備えており、電子銃は電子を放出し、その電子は、ビームを合焦し、かつ偏向する一連のコイル又はレンズ（５〜１６）の近位を通過する。図１にはレンズを通る断面が示される。レンズは円形コイルであるので、その図はコイル毎に２つの断面を表し、コイル毎に右側断面に番号が付される。ここで図示される例によれば、コイルは、コンデンサースティグメーターコイル（ＣＳＣ）５、偏向及びビームチルトコイル（ＤＢＴＣ）６、対物スティグメーター及びアライメントコイル７、回折スティグメーターコイル（ＤＳＣ）８、回折及び中間アライメントコイル（ＤＩＡＣ）９、第１のコンデンサー１０、第２のコンデンサー１１、対物レンズの上側部分１２、対物レンズの下側部分１３、回折レンズ１４、中間レンズ１５、投影レンズ１６である。ＣＳＣ５は第２のコンデンサーコイル１１内に配置される。ＤＢＴＣ６は回転アライメントコイル、偏向コイル、及びビームチルトコイルを含む。ＤＢＴＣ６は、対物レンズの上側部分１２内に配置される。ＤＩＡＣ９は、本発明の一態様に従って回折画像を回折計上で走査するために用いられる最後のコイルである。ＴＥＭは、３５ｍｍポート１７も備える場合があり、そのポートを通じて、上記のような本発明の回折計又はデジタル（たとえば、ＣＣＤ、又はＣＭＯＳ）カメラを挿入することができる。また、ＴＥＭは投影チャンバの窓２０を備える場合もある。図１において、本発明のデジタルカメラ１９が、投影チャンバの窓２０を通じて回折画像を撮影するように配置される。また、ＴＥＭは、蛍光板２１も備える場合がある。本発明の別の態様は、隔離したコンデンサー絞り及びホルダー３である。この特殊な絞りホルダーは、離隔したコンデンサー絞りと共に、顕微鏡の一次ビーム安定性を測定するために用いられ、Ｃ２ビーム開口内に挿入される場合がある。その図には、サンプルホルダー４も示される。
そのサンプルは通常、収集されるエリアにわたって広げられる、ランダムな方位にある複数の結晶を含む。ＴＥＭと共に用いるために、そのサンプルは、ＴＥＭサンプルホルダーの末端においてサンプルグリッド上に広げられる。ＴＥＭの一般的な指針として、そのサンプルは、電子ビームに対して透過性であるように、１０×１０ミクロンの寸法及び数（たとえば、１〜１０）ｎｍの厚みを有する。結晶は任意のサイズにすることができるが、本発明は、ナノメートル範囲に適している。結晶は、同じ厚み、又は異なる厚みからなることができ、重なり合う場合があるか、重なり合わない場合があり、同じ相、又は異なる相からなる場合がある。結晶は対称であっても、対称性が低くてもよい（たとえば、単斜晶系、三斜晶系）。サンプルは、結晶粒及び沈殿物、種々の無機物結晶（酸化物、セラミック、触媒等）及び電子ビーム放射に対して影響を受けやすい有機化合物結晶を有する、内部構造を有する大きな金属箔を含む任意のタイプからなることができる。
本発明によれば、サンプルの１つのエリア内の別個の複数の場所のそれぞれから電子線回折パターンが得られる。そのサンプルはグリッドサンプルエリア上に配置され、入射電子ビームは、サンプルエリア内の複数（たとえば、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、２００、１０００、１００００、２００００、５００００、１０００００又はそれ以上）の異なる場所に向けられる。本明細書において用語「ビーム走査」又は「走査」が用いられており、それは、サンプルにわたって入射電子ビームが変位することを指す。変位は一定の距離で行なわれ、それにより、サンプル表面にわたってアレイ又は等間隔の場所を生じることが好ましい。電子ビーム走査は、隣接する要素を順次に（たとえば、左から右へ、上から下へ）進む経路を取ることによって、そのアレイを網羅することが好ましい。言い換えると、別個の場所は１つのアレイを形成し、そのアレイにおいて、各要素は、電子ビームを順次に変位させることによって露光される。しかしながら、ランダムな経路も本発明の範囲内にある。収集されるアレイのサイズは、たとえば、１００×１００、２００×２００、３００×３００、４００×４００、又は５００×５００個の別個の場所からなる場合がある。ビーム走査（変位）は、通常、ビーム変位を実行し、モニタできるようにする８又は１６ビットＤ／Ａボードを通じてコンピューターによって制御される、サンプル前方に配置される電子線回折デバイス（たとえば、ＴＥＭ）内のビーム偏向コイルを用いて達成することができる。より詳細には、それは、本明細書で他の場所において記述される走査信号発生器を用いて達成することができる。ステップのサイズは１ｎｍ程度に小さくすることができるが、通常２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍ、６ｎｍ、７ｎｍ、８ｎｍ、９ｎｍ、１０ｎｍ、１２ｎｍ、１４ｎｍ、１６ｎｍ、１８ｎｍ、２０ｎｍ、２２ｎｍ、２４ｎｍ、２６ｎｍ、２８ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ若しくは５０ｎｍ、又は上記の値のうちのいずれか２つの値の間の範囲内の値になるであろう。撮像モードにおいて用いられる電子顕微鏡の場合、最も小さなスポットサイズは１〜５ｎｍの間にあるか（ＦＥＧ ＴＥＭ）又は２０ｎｍ（ＬａＢ６ ＴＥＭ）とすることができる。ビーム変位はＥＤパターン捕捉と同期する。本明細書において用いられるようなビーム走査は、サンプル後方に配置される電子線回折デバイス（たとえば、ＴＥＭ）内のビーム偏向コイルを用いて達成される、サンプル後方のＥＤパターンの同様の変位も含む場合がある。サンプル後方の変位はＥＤパターンの変位を補正し、連続したＥＤパターン内の中央スポットを同じ場所に位置合わせする。
各回折パターンを得るために、本発明においてＥＤ強度の動的特性を低減する走査プロトコル（たとえば、ＥＤＰＭ及びＥＤＲＭ）が利用される。その結果は、運動学的条件により近いＥＤパターンであり、すなわち、準運動学的ＥＤ強度が得られる。他の場所において言及されるように、走査プロトコルは、たとえば円錐プリセッション若しくは振り子運動において、又はサンプルエリアの別個の場所に収束する他の運動において入射電子ビームを走査することに基づく。そのビームは、サンプル後方の同様の運動を用いて、再びデスキャンされる。プリセッションに基づく走査プロトコル（ＥＤＰＭ）は、Roger Vincent及びPaul Midgley著の非特許文献１によって記述される。振り子運動に基づく走査プロトコル（ＥＤＰＭ）は、Sven Hovmoellerによる特許文献１「Electron rotation camera」によって記述される。走査プロトコルモードにおいてＥＤ強度を測定することによって、動的回折及び二重散乱寄与からの影響を低減して、全てのＥＤ強度を記録できるようになるので、改善された精度で構造解析できるようになる。
その走査プロトコルは、サンプル後方に配置される偏向コイルによるＥＤパターンの同様のデスキャン（たとえば、反転した円錐又は振り子）と組み合わせて、ＴＥＭ内でサンプル前方に配置される偏向コイルを用いて電子ビームを（たとえば、円錐又は振り子において）走査することによって達成され、それらのコイルは通常、ビーム変位を実行し、モニタできるようにする８ビットＤ／Ａボードを通じてコンピューターによって制御される。
さらに複雑な走査プロトコルを用いる結果として、準運動学的ＥＤ強度も得ることができる。これは、本明細書の他の場所において記述され、信号を混合できるようにするデバイスによって、デジタル制御下で偏向コイルを用いて達成することができる。
そのようなデジタル信号デバイスの可能性のうちの１つは、観察されるビームプローブサイズの補正である。実際には、仮想的なプローブサイズは、プリセッション角が大きくなるほど（０．５度超）劇的に増加する場合があり、その増加は、対物レンズ球面収差、ＴＥＭ係数Ｃｓ及び対物レンズ非点収差（特に３次非点収差）に依存する。プローブを補正し（又はそのような影響をできる限り低減し）、かつ高いプリセッション角においてプローブをできる限り小さく保持するために、動的な補償を実行するようにＸ及びＹ走査信号に特別な波形を追加することができる。波形を生成する３つの方法が、本発明の範囲内にある。
すなわち、方法１：その特別な波形は、直線形状から、又はプリセッション周波数に対して特有の周波数において生成された正弦波から手動で変更することができる。任意の形状の波形を生成することができる。最初に、直線又は正弦波を生成し、その波形を手動で変更して、プリセッション中のプローブの不規則な動きを補償することができる（図１９Ａ）。プリセッション運動を伴う場合、ユーザーは、Ｘ及びＹ走査に加えられる波形の形状を変更することができる（図１９Ｂ及び図１９Ｃ）。これにより、任意のタイプの収差及び／又はＴＥＭカラムの位置合わせ不良を補償できるようになる。
方法２：補正された波形の自動計算。追加された波形は、プローブの動的な位置に従って自動的に計算される。これは、異なるプリセッション角及びプリセッション振幅でＴＥＭにおいて１つ又は複数の写真を収集することによって行なわれる。プリセッション円上の角度に対するプローブの座標ｘ及びｙがわかるとき、波形の形状を計算することができる。計算は、リサージュパターンに従って行われる。リサージュパターンは、ｙ軸上にプロットされる１つの周波数とｘ軸上にプロットされる第２の周波数とを合成するグラフである。Ｙ及びＸはいずれも、ｘ＝ｓｉｎ（ｗ＊ｎ＊ｔ＋ｃ）及びｙ＝ｓｉｎ ｗ＊ｔのような式によって与えられる時間ｔの周期関数である。異なる値のｎ（周期シフト）及びｃ（位相シフト）の場合に、異なるパターンを生成することができる。ｎ及びｃを求めるために、リサージュパターンが解析される。
方法３：（自動ビームセンタリング）ＴＥＭ蛍光板中心を基準とするとき、異なるプリセッション角及び異なるｒにおける動的なプローブ位置、プリセッション円におけるθ極座標が計算される。Ｘ、Ｙ偏向コイルに特別な信号を送信して、プローブの位置を動的にシフトし、プローブのＸ及びＹの動きを補償（相殺）し、それを蛍光板の中心に戻す。自動的に、ソフトウエアがメモリ内に特別な信号の値を保持し、その値をプリセッション円の角度に従ってｘ及びｙコイルに送信する。
個々のプリセッションＥＤパターンを収集するために、ＥＤパターンが収集される場所において結晶は互いに重なり合わないことが好ましい。これは、ナノ結晶（サイズ５〜１０ｎｍ未満）凝集物を含むサンプルの場合に特に、必ずしも可能であるとは限らない。たとえば、高濃度結晶のエリアにおいて、重なり合うことが避けられない場合、多結晶リングＥＤパターンが現れるであろう。都合のよいことに、走査プロトコル（たとえば、プリセッション）は、パターンの円の鮮明度を改善することになり、ＥＤリング強度を測定して、局所的な（走査された）エリアのナノ構造を特徴付けることができる。逆に、収集された走査デジタルマップ内の特定のリングを選択することによって、特定の方位に回折する結晶、又は同じ特定の相に属する結晶の仮想暗視野マップ又はエリアを作成することも本発明の範囲内にある。
サンプルの１つのエリア内の複数の別個の場所から得られる回折パターンから、サンプル内の結晶の方位及び相を特定することができる。本発明は、その過程を促進し、その精度を改善するテンプレートマッチングの技法を利用する。その技法は、全ての取り得る方位について、記録されたＥＤ強度パターンを予め計算された（シミュレートされた）テンプレートと比較するアルゴリズムを使用する。シミュレートされたテンプレートと最も一致するものを示すＥＤパターンは、最も確からしい方位を指示する。同時に、その技法は、結晶の相も識別し、それにより、同じ方法によって相マップを生成できるようにする。上記の図２を参照すると、対象となるサンプルエリアが電子ビームによって走査される間に、電子線回折（ＥＤ）パターンが収集される。ステレオ三角形にわたって全ての方位のためのテンプレートが生成される。デジタルカメラによって収集される実験パターンが、シミュレートされた全てのテンプレートと比較され、相関指数マップが、最も一致するもの、すなわち、最も確からしい方位を示す。
より具体的には、収集されたＥＤ画像に対して、テンプレートと収集されたＥＤデータとの間のマッチングの程度を計算することによって、かつ最も高い相関指数を有するものを選択することによって、そのパターンが識別される。基本的な手順は、Rauch, E. F.及びDupuy, L.「Rapid spot diffraction pattern identification through templatematching」（Arch. Metall. Mater. 50:87-99, 2005）並びにRauch, E. F.、Veron, M.「Coupled microstructural observation and local texture measurementswith an automated crystallographic orientation mapping tool attached to a TEM」（J. Mater. Sci. Eng.Tech. 36:552-556, 2005）によって記述される。
テンプレートは、Rauch, E. F.及びDupuy, L.「Rapid spot diffraction pattern identification through tenplatematching」（Arch. Metall. Mater. 50:87-99, 2005）において記述される技法に従って生成され、その技法は当該技術分野において知られており、理解されている。テンプレートは、後続の識別ルーチンに影響を及ぼすことなく、種々の方法において生成することができる。完全な動的又は運動学的計算を考慮することができる。最も簡単な手法では、古典的な幾何学作図がエワルド球に基づく。その手順は、指数付け後に、実験写真と比較するための結果を表示するために、Zaefferer（S. Zaefferer, J. Appl. Cryst.,33(2000) p.10）によって使用されるパターン発生に類似である。各回折パターンは単に、逆格子と、その直径が電子波長の逆数である球との交わりと見なされる。スポット強度は、回折するビームと原子散乱因子を通じて透過するビームとの間の距離、ブラッグ角からの偏差、さらには観測条件（たとえば、二重又は多重ビーム、箔厚）に依存する。後者は、特に著しく変形した材料の場合には、厳密にはわからないので、正確に計算することはできない。しかしながら、方位を識別する場合には、スポット強度の厳密な値は不要である。推定値で十分である。この推定値は、励起誤差、すなわち、ブラッグ角からの偏差に対して線形に強度を低減することによって得られる。その手順の後続のステップを変更することなく、さらに複雑な関係（逆数、平方根、指数．．．）も同様に用いることができる。データベースにおいて、強度画像は存在せず、座標及び強度値を含む３個一組の値のみが存在する。パターンを適切に再現するために用いられる励起誤差は通常かなり高く、通常０．０５〜０．１オングストロームである。データベースは、専用ソフトウエアによってオフラインで計算されることが好ましい。材料特性（結晶構造、格子パラメーター）、実験条件（加速電圧、回折パターンのサイズ）及びいくつかの調整される特徴（励起誤差、角度分解能）が導入されることが好ましい。そのソフトウエアは、方位毎にテンプレートを計算する。３次元の材料の場合に、通常約２０００個のシミュレートされたテンプレートが生成される。
テンプレートマッチング法の効率は、１度よりも良好な角度分解能の場合に２０００個以下のテンプレートで十分であるという事実に起因する。この方策の主な利点は、高速の処理速度、全ての方位（結晶の全ての走査される点）について同一の指数付け時間、及び結晶構造に依存しない識別アルゴリズムである。ここでも、対称性の低い材料の場合、処理時間はわずかに（たとえば、ｈ．ｃ．ｐ．材料の場合に２倍だけ）増加する。また、その技法によれば、粒径、局所的な組織、結晶粒界及び沈殿物のような、調査中の材料の他の非常に重要な特徴も抽出できるようになる。そのような結晶学的態様は、ビーム走査プロトコルによって、かつ電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ−収集される菊池パターンに基づく）を収集することによって走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）において視覚化することもできる。
個々の結晶粒／微結晶の識別／フィンガープリンティングは、実験プリセッション準運動学的強度及び結晶間隔を含むプロットに基づいて、いくつかの結晶データバンクデータ（ＣＯＤ、ＩＣＤＤ、ＦＩＺ等）と比較することによって行うことができる。
ＥＤパターンは、ＴＥＭ蛍光板上に直に視覚化されるパターンの画像を捕捉するように向けられるか、又は窓を通じてＳＴＥＭ蛍光板又は変更された蛍光板に直に取り付けられるデジタルカメラ（たとえば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ）を用いて収集される場合がある。オンラインデジタルカメラ（１２ビット以上）を用いることもできるが、収集速度が速い（たとえば、１００ＥＤパターン／ｓｅｃよりも大きく、すなわち、オンラインデジタルカメラよりも約１０倍だけ速い）ことに起因して、ＴＥＭ蛍光板の前方に取り付けることができる専用の外部デジタルカメラ（８ビットレンジ、２５０×２５０ピクセル写真サイズ）が好ましい（E. F. Rauch, A. Duft, P. van Houtte(Ed) ICOTOM Proceedings 14,Leuven, Belgium 2005, pp 197-202）。他の場所において言及されるように、デジタルカメラは、ＣＣＤ又はＣＭＯＳを基にしてもよく、他のものとしてもよい。
テンプレートマッチング手順の一部として、個々の収集されたＥＤパターンについて相関指数を推定してもよい。個々のＥＤパターンの相関指数は、二重基準ステレオ三角形に変形されるステレオ投影の一部を表す投影内にプロットされる場合がある（たとえば、立方晶系結晶の場合）。結果として生成される相関指数マップは、実験スポットＥＤパターン毎に最も確からしい方位を明らかにする。このマップにおいて、指数は最も高い値（黒色）によって正規化される（図５）。
相関指数は、理論的な画像と実験的な画像との間の定量的な一致を測定するが、識別の品質を適切に重み付けしない場合がある。場合によっては、十分なコントラストのパターンが不十分に認識されるとき（たとえば、第２の相の粒子）に得られる相関指数は、マッチングは正確であるが、背景雑音が著しいとき（たとえば、厚いサンプルの場合）でも同じである場合がある。したがって、品質指数を導出し得（信頼性指数、Ｒ）、それは式１に従って定義される。
（式１）
ただし、Ｑ１及びＱ２は異なる最大値の場合の相関指数の２つの最も高い値を表す。２つの解が等しい場合には、信頼性指数（Ｒ）はヌルである。対照的に、第２の解（Ｑ２）が第１の解（Ｑ１）に比べて相対的に低いときには、Ｒは１００に向かう傾向がある。このように、信頼性マップを（方位及び指数マップと同時に）作成し得、結晶粒界又は結晶形状を明確に視覚化することができる。
相関指数マップは、ビーム走査プロトコル（たとえば、プリセッション又は振り子運動）を用いるとき、より信頼性が高い。
本発明の１つの方法によれば、ＥＤパターンが得られた別個の場所における相対的な結晶厚が特定される。これは、ＥＤパターン内の中央スポットの強度を測定することによって達成され、その強度は材料の厚みに比例する。得られた厚み情報を用いて、仮想厚みマップを作成することができる。そのような実験厚みマップ（ＳＴＥＭのような明視野コントラストマップに等価な仮想明視野、ＶＢＦ）は、方位マップ、相関指数及び信頼性マップと同時に得てもよく、かつ相関させることができる。等価な情報ＳＴＥＭ明視野、又はＨＡＡＤＦ明視野、又はゼロロスＥＥＬＳマップは、ＶＢＦマップと概ね同じ厚みサンプル変動を示し、それゆえ、同じ目的を果たすためにも用いることができる。都合のよいことに、相対的な結晶厚変動を知ることによって、選択された、ＺＡの方位にあるＥＤプリセッションパターンの強度を、たとえば、ＥＤパターン間の共通の強度列を用いて共通の強度スケールファクターを計算することによって、互いに正規化できるようになる。こうして、個々のプリセッションＥＤパターンからの強度が、同じ結晶相の異なる厚みの結晶から収集される場合であっても、それらの強度を測定し、比較することができる。相対厚みマップを用いて求められる共通の強度スケールファクターによって、さらに構造を特定するために用いられることになる、種々の厚みから得られる実験的な準運動学的ＺＡパターンからのＥＤ強度を正規化することもできるようになる。
或る範囲の結晶方位に対して得られる複数の準運動学的回折パターンを用いて、結晶のトモグラフィ（逆格子の３次元断片）が計算され、その場合に、強度はそれぞれの結晶厚から求められるスケールファクターを用いてスケーリングされている。
セルパラメーターは予めわかっていなければならないが、わかっていない場合には、実験ＥＤパターンと比べてシミュレーションによって推定することができる。全ての実験ＥＤパターン（同じ相からなる）が指数付けされ、その強度が１つのセット内に収集されると、パターソン、フーリエマップ、直接法（最大エントロピー法を含む）、チャージフリッピング、又は任意のタイプの結晶学的アルゴリズムを用いて、全ての原子タイプ（Ｏのような軽い原子を含む）及び構造内の位置を含む、原子結晶モデルを見つけ得る。
構造を計算する前に、同じ相の結晶に属するＥＤパターンが選択される。これは、手動によって、又は自動的に行なわれる場合がある。さらに、特定のＺＡに対してランダムな方位にある結晶に属するＥＤパターンも選択される場合がある。ＺＡの方位にあるプリセッションパターンの全てから生じる完全な１組の３次元（３Ｄ）強度から、構造を解明し、信頼性のある３Ｄ原子モデルを確立し得る。
本発明は当該技術分野の方法よりも優れた速度に関する利点を提供する。３００×３００ピクセルのエリアを有する通常のマップの場合、デジタルカメラのＥＤ捕捉速度にもよるが、電子ビームがサンプルを走査するのにわずか数分（たとえば、２〜７分）しかかからない場合がある。後続のデータ解析、たとえば、方位解析のためのパターンマッチングは、簡単な立方晶系セルについて、現在のデスクトップＰＣ能力を用いて５分未満で実行することができる。同じ角度分解能でより多くのテンプレートを必要とする正方晶系セル又は六方晶系セルの場合、時間が３〜４倍長くかかることがある。それゆえ、速度の観点から、その技法は、同じ相又は異なる相の種々のナノ結晶からの実験ＥＤパターンの生成に関して高スループットと見なすことができる。特に、テンプレートマッチングは、他のＥＢＳＤ−ＳＥＭに基づく方法を用いるときの８〜１０時間と比べて、わずか数分までその手順を早める。さらに、多数の暗視野パターンが収集され、その後、サンプルエリア全体においてビーム回転を通じて数百のＥＤパターンが再構成される方位回折解析の場合に、その技法は、他の手順（たとえば、Dingley, D「Progressive steps in thedevelopment of electron backscatter diffraction and orientation imagingmicroscope」（J. Microscopy 21 3(3):2 14-224, 2004）によって記述される）と比べてはるかに高い角度分解能（５度ではなく１度）を有する。
ＴＥＭ調査の場合、スポット回折パターンを用いることは、菊池ライン指数付けに対する興味深い代替法であり、それらの回折パターンから関連する情報を抽出するために、Dingley, D「Progressive steps in thedevelopment of electron backscatter diffraction and orientation imagingmicroscopy」（J. Microscopy 21 3(3):2 14-224, 2004）及びZaefferer, S及びSchwarzer, R. A.「Automated measurement of single grain orientations in the TEM」（Z. Metallkunde 85:585-591, 1994）において記述されるような、現在のコンピューター指数付けルーチンが開発された。W. K. Pratt著「Digital Image Processing」（Wiley, New York,1978）並びにA. Rosenfeld及びA. C. Kak著「Digital Picture Processing, Computer Science and Applied Mathematics」（Academic Press, NY 1976）によって記述される、ＴＥＭにおけるスポットパターンに関係しているそのようなコンピューター指数付けルーチンは、著しく変形した金属、有機化合物、及び菊池パターンが弱いか又は存在しない薄い結晶のような結晶の場合であっても、全てのタイプの結晶のための一般的な／汎用の用途を有する。
本発明の方法の結果として、複数のサンプル場所からの収集と組み合わせて、ビーム走査プロトコル（たとえば、プリセッション）を用いることによって、低温保存技法を用いない場合であっても、有機化合物又は製薬関連結晶のような、ビームの影響を受けやすいサンプルのＥＤパターンを高スループットで収集できるようになる。
通常、連続したＥＤパターンを捕捉することができる速度は、一方において、デジタルカメラの収集速度によって制限される。たとえば、光学８ビットＣＣＤは理論的には最大で１５０ＥＤパターン／ｓｅｃまでを捕捉することができるが、１２〜１６ビットＣＣＤは５〜１０ＥＤパターン／ｓｅｃしか捕捉しない場合がある。それに対して、より速い速度に達するとき、ＴＥＭにおいて用いられる蛍光板が制限要因となる可能性がある。蛍光板は、連続したパターンが迅速に投影されるときに、残留磁気信号の影響を受けやすい場合がある。結果として、方位又は相マップは、残留磁気現象に原因がある細長い尾のアーティファクトを示す場合がある。その問題を解決するために、後に収集されるＥＤパターンから、先行して収集されたＥＤパターンの強度の或るパーセンテージが差し引かれる。したがって、本発明の一実施形態は、本明細書において記述されるような方法であり、後に収集されるＥＤパターンから先行して収集されたＥＤパターンの強度の或るパーセンテージを差し引くステップをさらに含む。そのパーセンテージは、１０％、２０％、３０％、４０％若しくは５０％、又は上記の値のうちの任意の２つの値の間の範囲内にある値とすることができる。さらに、得られたマップは、しきい値より上でフィルタリングされる場合がある。そのパーセンテージは、１０％、２０％、３０％、４０％若しくは５０％、又は上記の値のうちの任意の２つの値の間の範囲内にある値とすることができる。さらに、得られたマップは、しきい値より上でフィルタリングされる場合がある。
付加的に又は代替的に、ＴＥＭ蛍光板に起因する残留磁気は、はるかに低い残留磁気特性を有する代替の「青色光蛍光板」を用いることによって低減又は解消し得る。代替的には、蛍光板は、ＥＤパターンを収集する自らの収集ミラースクリーンを有する電子線回折計内に（たとえば、ＴＥＭの３５ｍｍポート１７内に）直にデジタルカメラを組み込むことによって避けられる場合もある。
本発明の一態様によれば、電子線回折デバイスは、連続した強度背景を低減し、それにより、収集されるプリセッションＥＤパターンを大きく改善するように構成されるエネルギーフィルターをさらに備える。ＴＥＭにおけるエネルギーフィルターの用途は、Werner Grogger EFerdinand Hofer E.Kothleitner EBernhard Schaffer 19 July 2008において記述される。実験的な証拠（実施例９、図１３）によれば、エネルギーフィルタリングを用いて得られたパターンは、従来のプリセッションパターンよりも大きな、かつ一般的により信頼性がある反射強度を示し、このように、シミュレートされたテンプレートとのマッチング相関を改善することがわかる。このように、相識別、及び結果として生成される相／方位マップは、はるかに信頼性が高くなる。
本発明の別の実施形態は、ＴＥＭ、又は電子線回折を実行することができる類似の機能のデバイスに接続することができる１つ又は複数のデバイスであり、そのデバイスは、本発明の方法に従ってサンプルからＥＤパターンを測定するようにＴＥＭを適合させる。本発明のインターフェースデバイスと電子線回折デバイス（たとえば、ＴＥＭ）との組み合わせは、本明細書において、電子線回折解析装置として知られている。本発明の一態様では、そのデバイスはＴＥＭに接続することができ、ＴＥＭは標準的には、本発明によるＥＤパターンを測定するための機能を備えていない。たとえば、ＴＥＭは、サンプルの前方及び後方に配置される１組の偏向コイルを有する場合があるが、ＴＥＭは、コイルを駆動するための１組の増幅器、又は走査プロトコル（たとえば、プリセッション）若しくはビーム走査（変位）信号を生成するためのデバイスを備えていない場合がある。本発明による１つ又は複数のデバイスは、ＴＥＭが本発明の方法を実行できるようにする機能を該ＴＥＭに提供する。本発明の別の態様では、その装置は、ＥＤパターンを測定するための機能を部分的に備えているＴＥＭに接続することができる。たとえば、ＴＥＭは、サンプルの前方及び後方に配置される１組の偏向コイルと、コイルを駆動するための１組の増幅器とを有するが、本発明による走査プロトコル（たとえば、プリセッション）又はビーム走査（変位）信号を実行する手段を備えない場合がある。本発明による１つ又は複数のデバイスは、ＴＥＭが本発明の方法を実行できるようにする機能を該ＴＥＭに提供する。
本発明の一態様では、デバイス（複数可）は、ＴＥＭが上記の方法のうちの１つ又は複数を別々に、又は組み合わせて実行できるようにする構成要素を備える。たとえば、そのデバイス（複数可）によって、ＴＥＭは、走査プロトコル（たとえば、プリセッション）及び／若しくはビーム走査（ＥＤビーム変位）を実行できるようになり、かつ／又はサンプルをビームに露光することから生じるＥＤパターンを記録できるようになる。
本発明によるデバイス（複数可）及び方法によれば、本発明の方法を実行するように、任意のＴＥＭを適合させることができるようになる。デバイスの実施例は、限定はしないが、以下に列挙されるデバイスを含む。それらのデバイスのうちの１つ又は複数は単一のデバイス内に組み込まれる場合がある。
−電気信号に応答して偏向コイルを起動するための電気信号を出力するようにそれぞれ構成される複数の関数発生器（たとえば、４、５、６、７、８、コイル毎に１つ）を含むコントローラーユニット。起動される偏向コイルは、所望の走査プロトコルに従って（たとえば、プリセッション／振り子揺動において）電子ビーム及びＥＤパターンを誘導する。コントローラーユニットは通常、異なるフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を介してコンピュータープロセッサ（たとえば、ＰＣ）によって制御される８個の関数発生器を配置される。各発生器は、任意の形状の任意の周期的な波形を生成することができる。周期は、０（ＤＣ）〜２０００Ｈｚまで調整可能である場合がある。各発生器の位相及び振幅を正確に調整して、全ての必要なアライメントを実行することができる。また、関数発生器は、ビーム走査のために適した電気信号、すなわち、偏向コイルによって入射電子ビームを、そしてオプションでＥＤパターンを変位させるのに適した電気信号を出力するように構成される場合もある。しかしながら、変位走査を制御する信号が外部から与えられることも本発明の範囲内にある。そのような場合には、コントローラーユニットは、関数発生器出力に動作可能に接続される１つ又は複数の混合器をさらに備える場合があり、混合器は外部信号を受信し（たとえば、走査信号発生器から）、偏向コイルに送信される前に、それらの信号を１つ又は複数の関数発生器の出力と混合する。ビーム走査は、走査発生器からのｘ走査信号及びｙ走査信号を、偏向コイルに送信されるｘ信号及びｙ信号に加えることによって達成し得る。コントローラーユニットとＴＥＭとの間の接続は、銅ケーブルを介して果たすことができるか、又は代替的には、全体的なガルバニック絶縁のために光ファイバー若しくは無線リンクを介して果たすことができる。これは、ビームに影響を及ぼす可能性がある全ての起こり得る干渉又はグランドループを相殺する必要がある場合に必要とされることがある。
−好ましくは本明細書の他の場所において言及されるような順次走査動作において、サンプルにわたって入射電子ビームを変位させ、オプションでサンプル後方のＥＤパターンを変位させる偏向コイルのための信号を生成するように構成される走査信号発生器。他の場所において言及されるように、走査信号発生器からの出力は、関数発生器によって生成される信号と混合される場合がある。
−関数発生器のそれぞれからの出力をＴＥＭの偏向コイルのそれぞれに接続する中継インターフェース。それにより、デジタルデバイスのスイッチが切られるときに、ＴＥＭへの信号を完全に切断できるようになる。
−関数発生器からの出力（たとえば、８個の別々の信号）を単一の光信号に変換するマルチプレクサ。
−単一の（多重化された）光信号をＴＥＭのための別々の出力に変換するデマルチプレクサ。
−ＴＥＭからの適切な増幅器が存在しない場合に、ＴＥＭコイルを駆動するのに適している増幅器のラック。それらの増幅器は中継インターフェース内に組み込まれる場合がある。
−ＥＤパターンを捕捉するためのＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラのようなデジタルカメラ。
−デジタルカメラに接続するアナログ／デジタル手段。
−上記のデバイスのうちの１つ又は複数にインターフェースする、コンピューター可読記憶手段を有するコンピューター。そのコンピューターは、ＦＰＧＡを介してコントローラーユニットと通信する、Ｗｉｎｄｏｗｓ、ＵＮＩＸ、Ｌｉｎｕｘを実行するデスクトップ又はラップトップコンピューターとすることができる。そのコンピューターは単一のコンピューターとすることができるか、又は協調的に接続される２つ以上のコンピューターとすることができる。そのコンピューターは、関数発生器、走査信号発生器を制御し、かつ／又はデジタルカメラデータを記録及び解析し、かつ／又は厚み（仮想明視野）マップを生成し、かつ／又は方位マップを生成し、かつ／又は相マップを生成し、かつ／又は相関指数マップを生成し、かつ／又は３次元構造を生成するように構成される場合がある。
−コンピューター可読手段上に格納され、関数発生器、走査信号発生器を制御し、かつ／又はデジタルカメラデータを記録及び解析し、かつ／又はテンプレートマッチングを実行し、かつ／又は厚み（仮想明視野）マップを生成し、かつ／又は方位マップを生成し、かつ／又は相マップを生成し、かつ／又は相関指数マップを生成し、かつ／又は３次元構造を生成するためのコンピュータープログラム。
本発明のデバイスを含む素子の構成の実施例が、ＴＥＭと共に、図１４〜図１８において与えられる。上記のデバイスのうちのいくつかが示されるが、いくつかのデバイスは存在しない場合があり、それは、いずれのデバイスが既にＴＥＭ内に存在しているかによる。当業者によって判断されるように、関連する回路は存在してもしなくてもよく、その回路は入手可能である。上記のデバイス間の接続は直接的であっても、間接的であってもよい。当業者によって知られ、理解されるように、デバイス間に、さらなる構成要素が挿入されてもよい。
本発明の別の態様によれば、ＥＤパターンの画像を捕捉するのに適しているＴＥＭの３５ｍｍポート又は任意のポートにおいて、窓の前方にデジタルカメラが配置される場合がある。
本発明の一態様では、デジタルカメラは直に、又はアナログ／デジタルコンバータを介してコンピューターに接続する。
本発明の一態様によれば、コンピューターは、走査プロトコル及び／又はビーム走査（ＥＤビーム変位）を制御し、デジタルカメラからのＥＤパターンを記録する。
そのシステムによって測定される全てのＥＤ強度はコンピューターを介して自動的に制御されることができ、コンピューターは、結晶構造を精緻化するための種々の数学的演算を実行した後に、調査されるサンプルのための１つ（又はいくつか）の結晶学的モデルをユーザーに自動的に提示する。
本発明の別の態様は、本明細書において開示されるデバイスのうちの１つ又は複数を含むＴＥＭである。本発明の別の態様は、本発明の方法のうちの１つ又は複数を実行することができるＴＥＭである。本発明の別の態様は、本発明の方法のうちの１つ又は複数を実行することができる、本明細書において開示されるデバイスのうちの１つ又は複数を含むＴＥＭである。
本発明の別の実施形態は、ＴＥＭとインターフェースするのに適しており、該ＴＥＭが本発明に従ってサンプルのＥＤパターンを測定できるようにし、コントローラーユニットを備える、デバイスである。
本発明の別の実施形態は、走査信号発生器をさらに備える、ＴＥＭと接続するのに適しているデバイスである。
本発明の別の実施形態は、デジタルカメラをさらに備える、上記のようなデバイスである。
本発明の別の実施形態は、上記のようなコンピューター可読記憶手段を有するコンピューターをさらに備える、上記のようなデバイスである。
本発明の別の実施形態は、上記のような方法を実行することができるＴＥＭである。
本発明の別の実施形態は、上記のようなデバイスを備えるＴＥＭである。
本発明は、当該技術分野の任意のＴＥＭ、又は将来のＴＥＭにインターフェースすることができ、ＴＥＭが結晶サンプルの構造を迅速に特定し、方位、厚み、相及び相関指数マップを生成できるようにする方法及びデバイスである。
図１４は、本発明の方法を実行するのに適している電子線回折解析装置（すなわち、ＴＥＭに連結される本発明のデバイス）の１つの取り得る構成を示す。ＴＥＭ１は図１のＴＥＭと同じである。コントローラーユニット８０が複数の電気ケーブル８８によってＴＥＭに接続され、偏向コイルを制御するためにＴＥＭに信号を与え、たとえば、ＤＢＴＣに（プリセッションを制御するための）、かつＤＩＡＣに（回折画像の走査及びデスキャンを制御するための）信号を与えるように構成される。コントローラーユニットはさらに、コンピューター８６からのデジタル信号によって制御され、それらの信号は、Ｄ／Ａコンバータ８２を用いてアナログ形式から変換される。デジタルカメラ１９はフレーム収集ユニット８４に接続され、そのユニットはカメラからの画像をデジタル化し、それらの画像はコンピューター８６によって受信される。コンピューター８６は、コンピュータープログラムによって、サンプル前方に配置される偏向コイルを用いることによって走査プロトコル（たとえば、プリセッション、振り子揺動）を、かつサンプル後方に配置される偏向コイルを用いることによってデスキャンパターンを制御する。また、コンピューターは、サンプルの配列されたエリアの範囲において、ビーム走査、すなわち、たとえば、入射ＥＤビームの変位を制御し、オプションで、ＥＤパターンの相補的な変位を制御する。また、コンピューター８６は、ビーム走査を、走査プロトコルと、かつ画像捕捉と同期させる。コンピューターは、画像処理も実行することができる。
図１５は、本発明の方法において用いるのに適した電子線回折解析装置のデバイスブロック構成を示す。ＴＥＭ１はＴＥＭテーブル９０上に取り付けられ、ＴＥＭテーブル９０は手動インターフェース９２、たとえば、ユーザーがインタラクトするのに用いる１組のボタン又はキーボードを組み込む。ＴＥＭ１の偏向コイルは、直に、又はインターフェースを介して、電気ケーブル８８を用いてコントローラーユニット８０に接続される。通常、８個のＴＥＭ偏向コイルが制御される。コントローラーユニット８０は、コンピューターシリアルケーブル（たとえば、ファイアワイヤケーブル）を介して、Ｗｉｎｄｏｗｓ、ＵＮＩＸ、Ｌｉｎｕｘ、ＭａｃＯＳ又は他のオペレーティングシステムを実行するコンピューター８６、たとえば、デスクトップ又はラップトップコンピューターに接続される。手動インターフェース９２は、コンピューターシリアルケーブル（たとえば、ＵＳＢケーブル）を介して、コンピューター８６に接続される。この実施形態では、コントローラーユニット８０は、走査プロトコル（たとえば、プリセッション）及びビーム走査（ＥＤビーム／ＥＤパターン変位）のために必要な信号を生成する。
図１６は、本発明の方法を使用できるようにする電子線回折解析装置（ＴＥＭを含む）のデバイスブロック構成を示す。そのデバイスブロック構成は、プリセッション（走査プロトコル）技法と、（回折パターンの記録と同期して）試料にわたってビームを走査するビーム走査技法、及び検出器上の回折パターンをデスキャンしてスポット強度を正確に記録する技法とを組み合わせる。ＴＥＭ１はＴＥＭテーブル９０上に取り付けられ、ＴＥＭテーブル９０は手動インターフェース、たとえば、ユーザーがインタラクトするのに用いる１組のボタン又はキーボードを組み込む。ＴＥＭ１の偏向コイルは、直に、又はインターフェースを介して、電気ケーブル８８を用いてコントローラーユニット８０に接続される。通常、８個のＴＥＭ偏向コイルが制御される。コントローラーユニット８０は、コンピューターシリアルケーブル（たとえば、ファイアワイヤケーブル）を介して、Ｗｉｎｄｏｗｓ、ＵＮＩＸ、Ｌｉｎｕｘ、ＭａｃＯＳ又は他のオペレーティングシステムを実行するコンピューター８６、たとえば、デスクトップ又はラップトップコンピューターに接続される。手動インターフェース９２は、コンピューターシリアルケーブル（たとえば、ＵＳＢケーブル）を介して、コンピューター８６に接続される。この実施形態では、コントローラーユニット８０が走査プロトコル（たとえば、プリセッシング）パターンのために必要な信号を生成する一方、別のコンピューター８７が、ビーム走査、すなわち、サンプルエリアにわたって入射ビームを変位させるために必要な信号、及び変位したパターンをデスキャンするために必要な信号を与える。走査発生器８１はコンピューター８６によって制御され、その出力は、コントローラーユニット８０に向けられ、コントローラーユニット８０において、回折パターンを走査するための信号と混合される。
図１７は、前置増幅器１２８にそれぞれ接続される複数のビームチルト偏向コイル１００及びビームシフト偏向コイル１０１を配置される電子線回折解析装置（ＴＥＭに連結される）を示しており、増幅器１２８は、詳細図１２８において示されるように、加算前置増幅器と抵抗器との組み合わせから構成される。各偏向コイル／増幅器セットは、中継インターフェース１０２内に配置される中継器に接続される。制御ユニット８０が、接続インターフェース１０３を介して中継インターフェース１０２に接続し、複数の関数発生器（１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８）を備えており、偏向コイル毎に１つの関数発生器があり、各関数発生器は０Ｈｚ（ＤＣ）〜２０００Ｈｚの信号を生成することができる。偏向コイルを通じて加えられる信号は、電子ビーム及びパターンの動きに影響を及ぼす。関数発生器（１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８）によって生成される信号は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１２２によって制御され、ＦＰＧＡ１２２は、コンピューターシリアルケーブル（たとえば、ファイアワイヤケーブル）を介して、Ｗｉｎｄｏｗｓ、ＵＮＩＸ、Ｌｉｎｕｘ、ＭａｃＯＳ又は他のオペレーティングシステムを実行するコンピューター８６、たとえば、デスクトップ又はラップトップコンピューターとインターフェースする。関数発生器（１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８）は通常、コンピューター制御下で、必要な走査プロトコル（たとえば、プリセッション）信号を与えるように構成される。それらの関数発生器は、必要なビーム及びパターン走査（変位）信号も与えることができる。しかしながら、それらの関数発生器が後者の信号を与えない場合には、２つの混合器１１８、１２０が示されており、それらの混合器は、入射ビームを変位させる信号を与える走査信号発生器１２６からの出力信号、及びＥＤパターンを変位させる信号を与える第２の走査発生器１２４からの出力信号を受信する。それらの混合器は、ビーム及びＥＤパターン走査（変位）信号とプリセッション信号とを混合し、合成された信号が偏向コイルに送信される。
図１８は、図１７の電子線回折解析装置の代替の構成を示しており、ＴＥＭ１及び制御ユニット８０が光ファイバーリンク１３５によって接続され、それにより、電子顕微鏡１と制御ユニット８０との間のガルバニック絶縁を達成する。関数発生器からの信号はマルチプレクサ１３４によって多重化され、制御ユニット８０から光信号として渡され、その信号はＴＥＭ側においてデマルチプレクサ１３６によって逆多重化される。
本発明の方法及びデバイスは、ＺＡに沿ったランダムな方位の結晶からのいくつかの高品質の準運動学的ＥＤパターンを収集することによって、高速の高スループットトモグラフィを提供する。本発明は、特定のシングルチルト、ダブルチルト、極低温及び任意の専用ＴＥＭホルダーを一切必要とすることなく、結晶構造（有機／無機）、多形体及び非晶相スクリーニングを解決する高スループット粉末Ｘ線に対する代替法を提供する。それは、サンプル挿入機能を有する任意の一般的なＴＥＭ／ＥＤ回折デバイスで実行することができる。
ナノ結晶銅のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングの一例が図５に示される。図５Ａ及び図５Ｂは、ステレオ三角形にわたって全ての方位の場合に生成されるシミュレートされたテンプレートを示す。図５Ｃには、ＣＣＤカメラを備えるＴＥＭを用いて、ナノ結晶銅のサンプル内の１つの場所から収集される実験ＥＤパターンが示される。そのＥＤパターンは全てのシミュレートされたテンプレートと比較された。図５Ｄに示されるのは、実験ＥＤパターンからの円と重ね合わせられるマッチングテンプレートである。図５Ｅに示されるように、最も一致するもの、すなわち、収集の時点において最も確からしい結晶方位を示す相関指数マップが生成された。
走査プロトコル（プリセッション）が用いられないときの石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングの一例が図６に示されており、走査プロトコル（プリセッション）が用いられるときと比較される。いずれの場合にもビーム走査が用いられる。最初に、プリセッションを用いることなく、実験ＥＤパターンが、石綿繊維結晶のサンプル内の１つの場所においてＴＥＭを用いて収集され、結果として、図６Ａに示されるＥＤパターンがＣＣＤカメラによって捕捉された。そのＥＤパターンは全てのシミュレートされたテンプレートと比較された。図６Ｂに示されるのは、実験ＥＤパターンからの円と重ね合わせられるマッチングテンプレートである。図６Ｃに示されるように、対応する相関指数マップが生成され、その方位が白色スポット（Ｓ）で指示されている。マッチングによれば、ＥＤパターンは、最も近いＺＡ［１０１］に対して、０．６５度だけ誤った方位に向けられる。その後、プリセッションを用いて石綿繊維結晶のサンプル内の同じ場所において、実験ＥＤパターンが収集され、結果として、図６Ｆに示されるＥＤパターンがＣＣＤカメラによって捕捉された。そのＥＤパターンはシミュレートされた全てのテンプレートと比較された。図６Ｇに示されるのは、実験ＥＤパターンからの円と重ね合わせられるマッチングテンプレートである。図６Ｈに示されるように、対応する相関指数マップが生成され、その方位が白色スポット（Ｓ）で指示されている。そのマッチングによれば、ここで、ＥＤパターンは、プリセッションの結果、完全に［１０１］ＺＡに沿った方位にある。サンプル全体から、図６Ｄに示されるように、石綿繊維結晶サンプルのＴＥＭ画像が生成された。［１０１］晶帯軸のシミュレーションが図６Ｅに詳細に示される。
走査プロトコル（プリセッション）が用いられないときに、ビーム走査を用いて石綿繊維結晶のサンプル内の結晶の方位を特定するテンプレートマッチングのさらなる例が図７に示されており、走査プロトコル（プリセッション）が用いられるときと比較される。いずれの場合にもビーム走査が用いられる。最初に、プリセッションを用いることなく、実験ＥＤパターンが、石綿繊維結晶のサンプル内の１つの場所においてＴＥＭを用いて収集され、結果として、図７Ａに示されるＥＤパターンがＣＣＤカメラによって捕捉された。そのＥＤパターンは全てのシミュレートされたテンプレートと比較された。図７Ｂに示されるのは、実験ＥＤパターンからの円と重ね合わせられるマッチングテンプレートである。図７Ｃに示されるように、対応する相関指数マップが生成され、その方位が白色スポット（Ｓ）で指示されている。マッチングによれば、ＥＤパターンは、最も近いＺＡ［１−１０］に対して、−２度だけ誤った方向に向けられる。その後、プリセッションを用いて、石綿繊維結晶のサンプル内の同じ場所において実験ＥＤパターンが収集され、結果として、晶帯軸［１−１０］に沿って（プリセッションの結果として）完全な方位を有する図７Ｆに示されるＥＤパターンがＣＣＤカメラによって捕捉された。そのＥＤパターンはシミュレートされた全てのテンプレートと比較された。図７Ｇに示されるのは、実験ＥＤパターンからの円と重ね合わせられるマッチングテンプレートである。図７Ｈに示されるように、対応する相関指数マップが生成され、その方位が白色スポット（Ｓ）で指示されている。サンプル全体から、図７Ｄに示されるように、石綿繊維結晶サンプルのＴＥＭ画像が生成された。晶帯軸［１−１０］のシミュレーションが図７Ｅに詳細に示される。
石綿繊維結晶のサンプル内の石綿結晶の相を特定するテンプレートマッチングの一例が図８に示される。未知の結晶石綿相の実験ＥＤパターンが、ＴＥＭ及びプリセッションを用いて収集された（図８ＥのＥＤパターンを参照）。このＥＤパターンに対して最も一致するパターン（図８Ａ）がクロシドライト相を示した。図８Ｂに示されるように、対応する相関指数マップが生成され、その方位が白色スポット（Ｓ）で指示されている。対照的に、クリソタイル相に対して最も一致するパターン（図８Ｃ）は低い指数を示し、それゆえ、その相に対する確率が低いことを示す。図８Ｄに示されるように、対応する相関指数マップが生成され、その方位が白色スポット（Ｓ）において指示されている。単斜晶系相のクロシドライト及びクリソタイル石綿の格子及びセルが、参考文献一覧からわかっている。
ＥＤビーム及びパターンの走査プロトコル（プリセッション）が用いられないとき（図９Ａ）の任意の方位にあるマイエナイト結晶Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３から得られたＥＤパターンと、走査プロトコル（プリセッション）が用いられるとき（図９Ｂ）のＥＤパターンとの比較が示される。いずれの場合にもビーム走査が用いられる。
走査プロトコル（プリセッションを伴う）が用いられるとき、及び用いられないときに、方位マップ及び厚みマップ（仮想明視野マップ）を得るために、本発明の方法に従ってマイエナイト結晶のサンプルが測定された。いずれの場合にも、ビーム走査が用いられる。ＣＣＤカメラによって捕捉される１０フレーム／秒の速度において、全収集時間は５０分であった。電子ビームは、２００×１５０アレイにおいて、２８ｎｍステップで変位した。図１０Ａは、プリセッションを用いない場合にビーム走査を用いて得られた方位マップを示し、図１０Ｂは、同じ条件において得られた仮想明視野マップを示す。そのパターンは、頻繁に誤った指数付けが生じたパターンを指示する、グレースケール強度における数多くのランダムな変動を示す。図１０Ｃは、ビーム走査及び０．３５度のプリセッションを用いて得られた方位マップを示し、図１０Ｄは、ここでも同じ条件において得られた仮想明視野マップを示す。全ての他のパラメーター（たとえば、スポットサイズ、ステップサイズ、カメラ設定、収集周波数等）は同様であった。方位マップ品質はプリセッションを伴う場合に劇的に向上することに注目されたい。各結晶粒内で真の一様な方位が示される。
ｆｃｃ構造（ａ＝１．０６２ｎｍ）を有する炭化物Ｍ２３Ｃ６の沈殿物及び六方晶系窒化物Ｃｒ２Ｎの沈殿物（ａ＝０．４８３ｎｍ、ｃ＝０．４５１ｎｍ）を含む４３０ステンレス鋼のサンプルであり、沈殿物の形状もサイズもそれらを区別するのに役に立たない。走査プロトコル（プリセッション）が用いられた場合、及び用いられなかった場合の方位マップ及び相マップを得るために、本発明の方法に従って、そのサンプルが測定された。いずれの場合でもビーム走査が用いられる。電子ビームは、２００×３００アレイにおいて、２２ｎｍステップで変位した。図１１Ａは、プリセッションを用いることなく、ビーム走査を用いて得られる方位マップを示し、図１１Ｂは、プリセッションを用いることなく、ビーム走査も組み合わせる相マップを示しており、すなわち、標準的なモードが利用される。プリセッションを用いることなく収集された相マップ（図１１Ｂ）は、２つの沈殿物の特定が曖昧であることを示し、各結晶粒は灰色の２つの色調を示す。図１１Ｃは、ビーム走査と０．３度のプリセッションとを組み合わせることによって得られた相マップを示しており、炭化物及び窒化物沈殿物のエリアを、より連続した領域として示すので、プリセッションを用いる場合に相特定の信頼性が高いことを示す。
蛍光板上に画像が残存することが原因で、４４フレーム／秒において残留磁気効果を示すＴＥＭレプリカ仮想明視野マップ（図１２Ａ）が得られた。対応する相関指数マップ（図１２Ｂ）の場合にも同様の残留磁気効果が見られた。以前に収集されたＥＤパターンの或るパーセンテージを差し引き、そこから明視野マップを生成する効果が図１２Ｃに示される。しきい値よりも上で指数相関マップをフィルタリングする効果が図１２Ｄに示される。
エネルギーフィルターを用いることなく（図１３Ａ）、及びエネルギーフィルターを用いて（図１３Ｂ）、プリセッションモード（１度プリセッション角）においてＴＥＭを用いて任意の方位にあるマイエナイト結晶が収集された。エネルギーフィルターは、プリセッションを用いない場合よりも、高い反射強度を示す。

Claims (12)

  1. 透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて異なる方位及び異なる既知の相にある複数の結晶（３６）を含むサンプル（３８）の方位及び相マップを計算するための方法であって、
    ａ）異なる方位にある複数の前記結晶（３６）を含むサンプル（３８）を準備するステップと、
    ｂ）該サンプル（３８）のエリア内の複数の別個の場所（４２、４３）のそれぞれから電子線回折パターン（４４、４６）を得るステップであって、該電子線回折パターンを得るために用いられる電子ビームは、該サンプル（３８）後方の同様のデスキャン（３４）と組み合わせて、該サンプル（３８）の該別個の場所において該電子ビームが収束するように、プリセッションモードプロトコル、ビーム回転プロトコル、又は結果として準運動学的回折パターンが生成される任意の走査モードプロトコルにおいて走査される（３０）、得るステップと、
    ｃ）該ｂ）において得られた個々の該回折パターン（４５、４６）に適用されるテンプレートマッチングを用いて該結晶方位を特定するステップと、
    ｄ）該ｂ）において得られた該個々の回折パターン（４５、４６）に適用されるテンプレートマッチングを用いることによって、異なる結晶相の存在を特定するステップと、
    ｅ）該ステップｃ）及び該ステップｄ）の該特定から該サンプル内の結晶の方位マップ及び相マップを計算するステップと、
    を含み、
    ビーム走査は、該ＴＥＭ内のｘ偏向コイル及びｙ偏向コイルを制御する走査発生器によって生成されるｘ走査信号及びｙ走査信号によって制御され、
    該ｘ走査信号及び該ｙ走査信号に波形が加えられ、観測されたビームプローブサイズの動的な補償を実行する、方法。
  2. 波形は、
    直線形状、又は該プリセッション周波数に対して特有の周波数において生成された正弦波を、該プローブの不規則な動きを補償するように手動で変更したものである、請求項１に記載の方法。
  3. 波形は、
    該ビームのｘ座標及びｙ座標並びに該プリセッション円上の角度から計算される、請求項１に記載の方法。
  4. 波形は、
    該プローブの動きを補償し、該回折パターンを視覚化するのに用いられる該ＴＥＭ板の中心に戻すように加えられる、請求項１に記載の方法。
  5. 実験プリセッション準運動学的強度及び結晶間隔を含むプロットを用いて個々の結晶粒又は微結晶をさらに又は代替的に識別又はフィンガープリンティングすることをさらに含み、それらのプロットは好ましくはＣＯＤ、ＩＣＤＤ、又はＦＩＺ等である結晶データバンクデータと比較される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. ビーム走査及びＥＤエネルギーフィルタリングを組み合わせて、個々の結晶粒又は微結晶の識別又はフィンガープリンティングを強化すると共に、より良好な品質の方位相マップを得る、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  7. 高スループットにおいて実行される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法を実行するように、ＴＥＭを適合させるためのデバイス。
  9. 透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）とインターフェースし、請求項１に記載の方法を実行するように前記ＴＥＭを適合させるためのデバイスであって、
    ａ）ランダムな方位にある複数の前記結晶（３６）を含むサンプル（３８）のエリア内の複数の別個の場所（４２、４３）のそれぞれから電子線回折パターン（４４、４６）を得るように、なお、該電子線回折パターンを得るために用いられる該電子ビームは、該サンプル（３８）後方の同様のデスキャン（３４）と組み合わせて、該サンプル（３８）の該別個の場所において該電子ビームが収束するように、プリセッションモードプロトコル又は請求項３に記載の他のプロトコルにおいて走査され（３０）、
    ｂ）該ａ）において得られた個々の該回折パターン（４５、４６）に適用されるテンプレートマッチングを用いて該結晶方位を特定するように、
    ｃ）仮想明視野、ＳＴＥＭ明視野、ＨＡＡＤＦ又はゼロロスＥＥＬＳ厚みマップとして得られる相対厚みマップから、該ＥＤパターンが得られた該別個の場所（４２、４３）における相対的な結晶厚を求めるように、
    ｄ）該ｃ）において求められた該相対的な厚みから、共通強度スケールファクターを求めると共に、該別個の場所（４２、４３）からの個々のＥＤパターンの強度を正規化するように、かつ
    ｅ）３次元の１組の正規化されたＥＤパターン及び方位情報から、該ランダムな方位にある結晶の該原子結晶構造を計算する（６６）ように、
    構成される、デバイス。
  10. 実験プリセッション準運動学的強度及び結晶間隔を含むプロットを用いて個々の結晶粒又は微結晶をさらに又は代替的に識別又はフィンガープリンティングするようにさらに構成され、それらのプロットは好ましくはＣＯＤ、ＩＣＤＤ、ＦＩＺである結晶データバンクデータと比較される、請求項９に記載のデバイス。
  11. ビーム走査をＥＤエネルギーフィルタリングと組み合わせて、個々の結晶粒又は微結晶の識別又はフィンガープリンティングを強化すると共に、より良好な品質の方位相マップを得るようにさらに構成される、請求項９又は１０に記載のデバイス。
  12. 高スループットレートのためにさらに構成される、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のデバイス。
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