|
|
Image analysis for correction of electron microscopes
Smital, Petr ; Schwarz, Daniel (referee) ; Kolář, Radim (advisor)
This thesis describes the physical nature of corrections of an electron microscope and mathematical methods of image processing required for their complete automation. The corrections include different types of focusing, astigmatism correction, electron beam centring, and image stabilisation. The mathematical methods described in this thesis include various methods of measuring focus and astigmatism, with and without using the Fourier transform, edge detection, histogram operations, and image registration, i.e. detection of spatial transformations in images. This thesis includes detailed descriptions of the mathematical methods, their evaluation using an “offline” application, descriptions of the algorithms of their implementation into an actual electron microscope and results of their testing on the actual electron microscope, in the form of a video footage grabbed from its control computer’s screen.
|
|
| |
|
|
Static and dynamic properties of nanostructured magnetic materials
Vaňatka, Marek ; Wintz, Sebastian (referee) ; Dijken, Sebastiaan van (referee) ; Urbánek, Michal (advisor)
Magnetické materiály a z nich vyrobené nanostruktury jsou v průběhu posledních let studovány pro jejich aplikace v např. záznamových médiích a logických obvodech. Tato práce navazuje na náš předchozí výzkum tohoto oboru s hlavním zaměřením na statické a dynamické vlastnosti nanostrukturovaných magnetických materiálů, jako například NiFe, CoFeB a YIG. Práce začíná teoretickým úvodem s popisem mikromagnetických systémů, dynamiky magnetických vortexů, feromagnetické rezonance (FMR) a spinových vln včetně jejich disperzních vlastností. Následuje popis použitých experimentálních metod a první experimentální část zabývající se nukleačním procesem magnetického vortexu, jinými slovy procesem transformace ze saturovaného stavu do spinové konfigurace magnetického vortexu v průběhu snižování magnetického pole. Jsou použity mikroskopické metody zobrazující magnetickou strukturu materiálu, jmenovitě Lorentzova transmisní elektronová mikroskopie a rentgenová transmisní mikroskopie. Výsledky jsou poté korelovány s měřením elektrické odezvy pomocí jevu anizotropní magnetorezistence. Výhodou elektrických měření je, že plně elektrická detekce dovoluje použití tohoto systému v uzavřených systémech integrovaných obvodů. Výsledky oblasti nukleací magnetických vortexů ukazují, že při tomto procesu prochází magnetizace v nano- a mikrometrových magnetických discích několika fázemi s růsnými typy spinových konfigurací nazvaných nukleační stavy. Dále je představeno měření magnetických materiálů pomocí vektorového síťového analyzátoru (VNA), což je aplikováno na měření resonance magnetických vortexů (určení gyrotropické frekvence a měření vysokofrekvenčních módů), feromagnetické rezonance tenkých vrstev (získání základních magnetických materiálových parametrů) a spektroskopii spinových vln. Právě spektroskopie spinových vlna je rozvinuta za účelem měření disperzních relací tenkých magnetických vrstev, což je základní charakteristika, jejíž znalost je důležitá v návrhu aplikací. Nakonec je představeno anténní zařízení, díky kterému lze oddělit magnetické buzení od vzorku samotného bez nutnosti absolvovat proces elektronové litorafie, což je zapotřebí v klasickém přístupu antény na vzorku a kontaktování vysokofrekvenční sondou. Toto zařízení se skládá ze skleněného kantilívru, na kterém je vyrobena budící anténa, konektoru a spojovacího prvku v podobě plošného spoje. Celé zařízení je díky umístění na x-y-z stolek s náklonem pozicovatelné a lze tedy měřit v jakémkoliv místě vzorku. Umístění antény na sklo umožňuje navigaci pomocí mikroskopu a optické měření, např. metodou Brillouinova světelného rozptylu (BLS) nebo Kerrova jevu.
|
|
|
Detection and measurement of electron beam in TEM images
Polcer, Simon ; Vičar, Tomáš (referee) ; Chmelík, Jiří (advisor)
This diploma thesis deals with automatic detection and measurement of the electron beam in the images from a transmission electron microscope (TEM). The introduction provides a description of the construction and the main parts of the electron microscope. In the theoretical part, there are summarized modes of illumination from the fluorescent screen. Machine learning, specifically convolution neural network U-Net is used for automatic detection of the electron beam in the image. The measurement of the beam is based on ellipse approximation, which defines the size and dimension of the beam. Neural network learning requires an extensive database of images. For this purpose, the own augmentation approach is proposed, which applies a specific combination of geometric transformations for each mode of illumination. In the conclusion of this thesis, the results are evaluated and summarized. This proposed algorithm achieves 0.815 of the DICE coefficient, which describes an overlap between two sets. The thesis was designed in Python programming language.
|
|
| |
|
|
Denoising of Images from Electron Microscope
Holub, Zbyněk ; Kolář, Radim (referee) ; Odstrčilík, Jan (advisor)
Tato Diplomová práce je zaměřena na odstranění šumu ze snímků získaných pomocí Transmisního elektronového mikroskopu. V práci jsou popsány principy digitalizace výsledných snímků a popis jednotlivých šumových složek, které vznikají při digitalizaci snímků. Tyto nechtěné složky ovlivňují kvalitu výsledného snímku. Proto byly vybrány filtrační metody založené na minimalizaci totální variace, jejichž principy jsou v této práci popsány. Jako referenční filtrační metoda byla vybrána filtrace pomocí Non-local means filtru. Tento filtr byl vybrán, jelikož v dnešní dobře patří mezi nejvíce využívané metody, které mají vysokou účinnost. Pro objektivní hodnocení kvality filtrací byly použity tyto hodnotící kritéria – SNR, PSNR a SSIM. V závěru této práce, jsou všechny získané výsledky zobrazeny a jsou diskutovány účinnosti jednotlivých filtrační metod.
|
|
|
Electron microscopy study of nanostructured thin film catalysts for micro-fuel cell application
Lavková, Jaroslava ; Matolínová, Iva (advisor) ; Ruterana, Pierre (referee) ; Šubrt, Jan (referee)
Present doctoral thesis is focused on electron microscopy and spectroscopy investigation of novel metal-oxide anode catalyst for fuel cell application. Catalyst based on Pt- doped cerium oxide in form of thin layers prepared by simultaneous magnetron sputtering deposition on intermediate carbonaceous films grown on silicon substrate has been studied. The influence of catalyst support composition (a-C and CNx films), deposition time of CeOx layer and other deposition parameters, as deposition rate, composition of working atmosphere and Pt concentration on the morphology of Pt-CeOx layers has been investigated mainly by Transmission Electron Microscopy (TEM). The obtained results have shown that by suitable preparation conditions combination we are able to tune final morphology and composition of catalyst. Composition of carbonaceous films and Pt-CeOx layers was examined by complementary spectroscopy techniques - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Such prepared porous structures of Pt-CeOx are of promising as anode catalytic material for real fuel cell application. Keywords: cerium oxide, platinum, fuel cell, magnetron sputtering, Transmission Electron Microscopy
|
|
|
Static and dynamic properties of nanostructured magnetic materials
Vaňatka, Marek ; Wintz, Sebastian (referee) ; Dijken, Sebastiaan van (referee) ; Urbánek, Michal (advisor)
Magnetické materiály a z nich vyrobené nanostruktury jsou v průběhu posledních let studovány pro jejich aplikace v např. záznamových médiích a logických obvodech. Tato práce navazuje na náš předchozí výzkum tohoto oboru s hlavním zaměřením na statické a dynamické vlastnosti nanostrukturovaných magnetických materiálů, jako například NiFe, CoFeB a YIG. Práce začíná teoretickým úvodem s popisem mikromagnetických systémů, dynamiky magnetických vortexů, feromagnetické rezonance (FMR) a spinových vln včetně jejich disperzních vlastností. Následuje popis použitých experimentálních metod a první experimentální část zabývající se nukleačním procesem magnetického vortexu, jinými slovy procesem transformace ze saturovaného stavu do spinové konfigurace magnetického vortexu v průběhu snižování magnetického pole. Jsou použity mikroskopické metody zobrazující magnetickou strukturu materiálu, jmenovitě Lorentzova transmisní elektronová mikroskopie a rentgenová transmisní mikroskopie. Výsledky jsou poté korelovány s měřením elektrické odezvy pomocí jevu anizotropní magnetorezistence. Výhodou elektrických měření je, že plně elektrická detekce dovoluje použití tohoto systému v uzavřených systémech integrovaných obvodů. Výsledky oblasti nukleací magnetických vortexů ukazují, že při tomto procesu prochází magnetizace v nano- a mikrometrových magnetických discích několika fázemi s růsnými typy spinových konfigurací nazvaných nukleační stavy. Dále je představeno měření magnetických materiálů pomocí vektorového síťového analyzátoru (VNA), což je aplikováno na měření resonance magnetických vortexů (určení gyrotropické frekvence a měření vysokofrekvenčních módů), feromagnetické rezonance tenkých vrstev (získání základních magnetických materiálových parametrů) a spektroskopii spinových vln. Právě spektroskopie spinových vlna je rozvinuta za účelem měření disperzních relací tenkých magnetických vrstev, což je základní charakteristika, jejíž znalost je důležitá v návrhu aplikací. Nakonec je představeno anténní zařízení, díky kterému lze oddělit magnetické buzení od vzorku samotného bez nutnosti absolvovat proces elektronové litorafie, což je zapotřebí v klasickém přístupu antény na vzorku a kontaktování vysokofrekvenční sondou. Toto zařízení se skládá ze skleněného kantilívru, na kterém je vyrobena budící anténa, konektoru a spojovacího prvku v podobě plošného spoje. Celé zařízení je díky umístění na x-y-z stolek s náklonem pozicovatelné a lze tedy měřit v jakémkoliv místě vzorku. Umístění antény na sklo umožňuje navigaci pomocí mikroskopu a optické měření, např. metodou Brillouinova světelného rozptylu (BLS) nebo Kerrova jevu.
|
|
|
Detection and measurement of electron beam in TEM images
Polcer, Simon ; Vičar, Tomáš (referee) ; Chmelík, Jiří (advisor)
This diploma thesis deals with automatic detection and measurement of the electron beam in the images from a transmission electron microscope (TEM). The introduction provides a description of the construction and the main parts of the electron microscope. In the theoretical part, there are summarized modes of illumination from the fluorescent screen. Machine learning, specifically convolution neural network U-Net is used for automatic detection of the electron beam in the image. The measurement of the beam is based on ellipse approximation, which defines the size and dimension of the beam. Neural network learning requires an extensive database of images. For this purpose, the own augmentation approach is proposed, which applies a specific combination of geometric transformations for each mode of illumination. In the conclusion of this thesis, the results are evaluated and summarized. This proposed algorithm achieves 0.815 of the DICE coefficient, which describes an overlap between two sets. The thesis was designed in Python programming language.
|
|
|
Electron microscopy study of nanostructured thin film catalysts for micro-fuel cell application
Lavková, Jaroslava ; Matolínová, Iva (advisor) ; Ruterana, Pierre (referee) ; Šubrt, Jan (referee)
Present doctoral thesis is focused on electron microscopy and spectroscopy investigation of novel metal-oxide anode catalyst for fuel cell application. Catalyst based on Pt- doped cerium oxide in form of thin layers prepared by simultaneous magnetron sputtering deposition on intermediate carbonaceous films grown on silicon substrate has been studied. The influence of catalyst support composition (a-C and CNx films), deposition time of CeOx layer and other deposition parameters, as deposition rate, composition of working atmosphere and Pt concentration on the morphology of Pt-CeOx layers has been investigated mainly by Transmission Electron Microscopy (TEM). The obtained results have shown that by suitable preparation conditions combination we are able to tune final morphology and composition of catalyst. Composition of carbonaceous films and Pt-CeOx layers was examined by complementary spectroscopy techniques - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Such prepared porous structures of Pt-CeOx are of promising as anode catalytic material for real fuel cell application. Keywords: cerium oxide, platinum, fuel cell, magnetron sputtering, Transmission Electron Microscopy
|
guest ::
