>Magister Scientiae - MSc / The growth of the Internet has led to many interesting developments for both educational and commercial purposes. In this project an attempt was made to use the Internet for a research purpose to facilitate the determination of the thermal stability of diffusion barriers. Another purpose of this thesis is to investigate the teaching and training use of the Internet through the development of online interactive tools and activities as well as materials. The training aspects are mentioned as it is hoped that this thesis can serve as a form of documentation of the use of the Internet, while the central part was the determination of thermal stability of TiN, TaN and TiW diffusion barriers on Ag.

Avec le développement des nanotechnologies, il est devenu possible et souhaitable de créer et d'assembler des nano-objets. Afin d'obtenir des processus automatisés robustes et fiables, la manipulation à l'échelle nanométrique est devenue, au cours des dernières années, une tâche primordiale. La vision est un moyen indispensable pour observer le monde à l'échelle micrométrique et nanométrique. Le contrôle basé sur la vision est une solution efficace pour les problèmes de contrôle de la robotique. Dans cette thèse, nous abordons la problématique du micro- et nano-positionnement par asservissement visuel via l'utilisation d'un microscope électronique à balayage (MEB). Dans un premier temps, la formation d'image MEB et les modèles géométriques de la vision appliqués aux MEB sont étudiés afin de présenter, par la suite, une méthode d'étalonnage de MEB par l'optimisation non-linéaire considérant les modèles de projection perspective et parallèle. Dans cette étude, il est constaté qu'il est difficile d'observer l'information de profondeur à partir de la variation de la position de pixel de l'échantillon dans l'image MEB à un grossissement élevé. Afin de résoudre le problème de la non-observabilité du mouvement dans l'axe de la profondeur du MEB, les informations de défocalisation d'image sont considérées comme caractéristiques visuelles pour commander le mouvement sur cet axe. Une méthode d'asservissement visuelle hybride est alors proposée pour effectuer le micro-positionnement en 6 degrés de liberté en utilisant les informations de défocalisation d'image et de photométrique d'image. Cette méthode est ensuite validée via l'utilisation d'un robot parallèle dans un MEB. Finalement, un système de contrôle en boucle fermée pour l'autofocus du MEB est introduit et validé par des expériences. Une méthode de suivi visuel et d'estimation de pose 3D, par la mise en correspondance avec un modèle de texture, est proposée afin de réaliser le guidage visuel dans un MEB. Cette méthode est robuste au flou d'image à cause de la défocalisation provoquée par le mouvement sur l'axe de la profondeur car le niveau de défocalisation est modélisée dans ce cadre de suivi visuel. / With the development of nanotechnology, it became possible to design and assemble nano-objects. For robust and reliable automation processes, handling and manipulation tasks at the nanoscale is increasingly required over the last decade. Vision is one of the most indispensable ways to observe the world in micrioscale and nanoscale. Vision-based control is an efficient solution for control problems in robotics. In this thesis, we address the issue of micro- and nano-positioning by visual servoing in a Scanning Electron Microscope (SEM). As the fundamental knowledge, the SEM image formation and SEM vision geometry models are studied at first. A nonlinear optimization process for SEM calibration has been presented considering both perspective and parallel projection model. In this study, it is found that it is difficult to observe the depth information from the variation of the pixel position of the sample in SEM image at high magnification. In order to solve the problem that the motion along the depth direction is not observable in a SEM, the image defocus information is considered as a visual feature to control the motion along the depth direction. A hybrid visual servoing scheme has been proposed for 6-DoF micro-positioning task using both image defocus information and image photometric information. It has been validated using a parallel robot in a SEM. Based on the similar idea, a closed-loop control scheme for SEM autofocusing task has been introduced and validated by experiments. In order to achieve the visual guidance in a SEM, a template-based visual tracking and 3D pose estimation framework has been proposed. This method is robust to the defocus blur caused by the motion along the depth direction since the defocus level is modeled in the visual tracking framework.

No description available.

abstract: Recent improvements in energy resolution for electron energy-loss spectroscopy in the scanning transmission electron microscope (STEM-EELS) allow novel effects in the low-loss region of the electron energy-loss spectrum to be observed. This dissertation explores what new information can be obtained with the combination of meV EELS energy resolution and atomic spatial resolution in the STEM. To set up this up, I review nanoparticle shape effects in the electrostatic approximation and compare the “classical” and “quantum” approaches to EELS simulation. Past the electrostatic approximation, the imaging of waveguide-type modes is modeled in ribbons and cylinders (in “classical" and “quantum" approaches, respectively), showing how the spatial variations of such modes can now be imaged using EELS. Then, returning to the electrostatic approximation, I present microscopic applications of low-loss STEM-EELS. I develop a “classical” model coupling the surface plasmons of a sharp metallic nanoparticle to the dipolar vibrations of an adsorbate molecule, which allows expected molecular signal enhancements to be quantified and the resultant Fano-type asymmetric spectral line shapes to be explained, and I present “quantum” modelling for the charged nitrogen-vacancy (NV-) and neutral silicon-vacancy (SiV0) color centers in diamond, including cross-sections and spectral maps from density functional theory. These results are summarized before concluding. Many of these results have been previously published in Physical Review B. The main results of Ch. 2 and Ch. 4 were packaged as “Enhanced vibrational electron energy-loss spectroscopy of adsorbate molecules” (99, 104110), and much of Ch. 5 appeared as “Prospects for detecting individual defect centers using spatially resolved electron energy loss spectroscopy” (100, 134103). The results from Ch. 3 are being prepared for a forthcoming article in the Journal of Chemical Physics. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Physics 2020

Most of the high-grade ores have been depleted globally, thus the effective processing of the low-grade and complex ores require a comprehensive mineral characterization through the process mineralogy/ geometallurgical approaches. 30-70 % of the total energy consumption in mining comes from the comminution step in mineral processing. This study, is aimed to investigate how different mineral domains in Lappberget, Garpenberg affect the grinding energy and throughput of an autogenous grinding mill (AG) and how blending different mineralogical domains will have an effect on throughput. The results were obtained through automated mineralogy using a Zeiss Sigma 300 VP at the QANTMIN scanning electron microscope (SEM) laboratory (Luleå University of Technology) and an in-house grindability test developed by Boliden Mineral AB. There is approximately a multiple of three times differences in the amount of energy consumption and throughput between the hardest and softest mineralogical domains. This difference is attributed to mineral composition of the individual domains and mineral characteristics. Blending different samples indicate that a higher throughput can be achieved and one possible hypothesis is that the harder minerals act as grinding media.

This diploma thesis deals with the optimization of ultra-high vacuum scanning electron microscope - UHV SEM, which is developed within the Amispec project in cooperation with BUT, Institute of Scientific Instruments of the Czech Academy of Science and Tescan Brno, s.r.o. The theoretical part deals with the description of the actual state of the developed equipment and the research of competing systems. The next part describes the optimization of the sample holder and the pallet receptor for studying nanostructures over a wide range of temperatures. Part of the optimization is the sapphire thermal diode development and experimental verification of the functionality of the designed components. This is followed by the verification of the functionality of the whole system for the transport of samples to the UHV area, deposition with effusion cell and in-situ observations.

This thesis is pointed on simulation of electron microscope. It uses knowledge  from ray-tracing methods and physically based rendering with physics of electron microscopy. The main object of this thesis is to create realistic simulator for electron microscope which can generate satisfying realistic images. This output can be used for another research in range of machine learning or microscope application development. This method should replace long and more expensive way of getting test images from real system for those research activities.

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.

This work deal with problems of investigation materials electron beam. This project is focuses on investigation materials by the help of method environmental scan electron microscopy (ESEM) and describes her patterns. The perfection of ESEM excel above all at studies non - conducting or water containing, often biological samples. These samples not to be in no way prepared or cut – and – dries, in contradistinction to classical scanning electron microscope and thanks is under investigation their native surface structure without desiccation breaking. The general aim is determination of contrast in image acquired by ionization detector.

The semestral project will focus on using Computer Aided Engineering for analysis of the ESEM differential chamber. The instruments used for the analysis, evaluation and scrutiny of the given issue will be the CAD and CAE systems (Computer Aided Design and Computer Aided Engineering).