Изобретение относится к способу восстановления данных в атомно-зондовой томографии, в частности, относящихся к построению масс-спектров. Способ заключается в последовательном применении методики определения масс ионов по их времени пролета от исследуемого образца, на который подается постоянное напряжение, до позиционно чувствительного детектора, находящегося на определенном расстоянии от образца, и последующей корректировке длин пролета и вкладов напряжения для каждого зарегистрированного иона, которая заключается в последовательном разбиении общего массива данных на основании координат ионов, номеров их регистрации, и подаваемого в момент их регистрации напряжения, с дальнейшим вычислением корректируемых параметров, путем сравнения значений масс выбранных пиков масс-спектров для атомов в ячейке разбиения с теоретически известным положением. Технический результат - увеличение точности определения масс ионов, выражаемое в увеличении разрешения получаемого масс-спектра. 1. Способ восстановления масс атомов для атомно-зондовой томографии, заключающийся в использовании базового метода восстановления, основанного на принципах времяпролетной масс-спектрометрии с последующим дополнительным расчетом, включающий корректировку длин пролета ионов и корректировку вкладов напряжений, отличающийся тем, что последовательно проводят следующие этапы с использованием ЭВМ:
a) базовое восстановление масс путем расчета масс по времени пролета, напряжению, подаваемому на образец в момент испарения, и длине пролета, вычисляемой по координатам регистрации иона на детекторе,
b) первая корректировка длин пролета путем разбиения массива данных, полученных на этапе (а), на части, каждая из которых соответствует набору атомов, удовлетворяющему координатам ячейки квадратного разбиения, накладываемого на плоскость детектора, с последующим восстановлением масс-спектров в каждой ячейке разбиения, соотнесением положения выбранного пика и его теоретического положения и дальнейшим перерасчетом длины пролета с целью совмещения выбранного пика масс-спектра, в результате чего формируют двумерную матрицу поправок,
c) бикубическая интерполяция длин пролета с использованием двумерной матрицы поправок, вычисленной на этапе (b),
d) вторая корректировка длин пролета путем разбиения массива данных, восстановленных с применением полученных на этапе (с) длин пролета, на новые массивы, в каждом из которых содержатся атомы, соответствующие диапазону номеров событий согласно их регистрации на детекторе, последующего восстановления масс-спектра для каждого диапазона и перерасчета длины пролета с целью совмещения ранее выбранного пика с его теоретическим положением, в результате чего формируется одномерный линейный массив поправок, каждый элемент которого соответствует вычисленной поправке для соответствующего диапазона номеров,
e) линейная интерполяция длин пролета по одномерному линейному массиву поправок, вычисленному на этапе (d),
f) опциональная корректировка напряжений путем разбиения массива данных, восстановленных с применением полученных на этапе (е) длин пролета, на наборы, в каждом из которых содержатся атомы, соответствующие диапазону напряжений, последующего восстановления масс-спектра для каждого диапазона и последующего перерасчета напряжения с целью совмещения дополнительно выбранного пика с его теоретическим положением на масс-спектре, в результате чего формируется одномерный линейный массив поправок, каждый элемент которого соответствует вычисленной поправке для соответствующего диапазона напряжений,
g) линейная интерполяция напряжений по массиву поправок, вычисленному на этапе (f), восстановление и построение финального масс-спектра с восстановленными таким образом массами атомов.
2. Способ восстановления масс атомов для атомно-зондовой томографии по п. 1, отличающийся тем, что увеличение точности определения масс ионов, выражаемое в увеличении разрешения получаемого масс-спектра, достигается за счет последовательного разбиения общего массива данных на основании координат длин пролета ионов, номеров их регистрации, и подаваемого в момент их регистрации напряжения, с дальнейшим вычислением корректируемых параметров, путем сравнения значений масс выбранных пиков масс-спектров для атомов в ячейке разбиения с теоретически известным положением.
3. Способ восстановления масс атомов для атомно-зондовой томографии по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что этапы (а)-(g) выполняются следующим образом:
а) с целью вычисления массы каждого регистрируемого атома проводится обработка полученных после исследования образца данных, касающихся массива значений координат на поверхности детектора X и Y, времен пролета Т, и напряжений, подаваемых на образец в момент регистрации иона U, при помощи базового метода восстановления масс по формуле 2:
https://new.fips.ru/ofpstorage/IZPM/2019.10.04/RUNWC1/000/000/002/702/112/ИЗ-02702112-00001/00000013-m.jpg
где m - масса иона, z - заряд иона, U - напряжение, подаваемое на образец, Т - время пролета иона, е - заряд электрона, mР - масса, соответствующая 1 а.е.м., L - длина траектории иона, вычисленная по формуле 3:
https://new.fips.ru/ofpstorage/Doc/IZPM/RUNWC1/000/000/002/702/112/ИЗ-02702112-00001/00000014.jpg
Увеличенное изображение (открывается в отдельном окне)
где X и Y - координаты регистрации иона на поверхности позиционно чувствительного детектора, D - расстояние от образца до детектора;
b) разбивка данных, полученных на этапе (а), на наборы по геометрическому положению места регистрации иона на плоскости детектора X, Y с помощью квадратной сетки, где наборы данных представляют собой последовательности указателей на атомы: {At1, At2, At3, … Atn}, где каждый атом - At1,2,3…n - структура, представляющая набор значений X, Y, М, где X, Y – координаты, соответствующие местоположению регистрации иона на позиционно-чувствительном детекторе, а М - его масса, координаты которых удовлетворяют координатам квадратной ячейки; при этом для каждого набора-ячейки, число событий в котором превышает 2000 атомов, строится масс-спектр, положение максимума основного пика отдельного элемента или изотопа сравнивается с его теоретическим положением в зоне поиска с допуском ±1 а.е.м при помощи алгоритма поиска максимума и дальнейшее вычисление поправки длины пролета ?L, основываясь на разнице значений массы к заряду теоретического и фактического положений пика отдельного элемента или изотопа, по формуле 4:
https://new.fips.ru/ofpstorage/IZPM/2019.10.04/RUNWC1/000/000/002/702/112/ИЗ-02702112-00001/00000015-m.jpg
Увеличенное изображение (открывается в отдельном окне)
где М - фактическое положение максимума заданного пика, a Mth - теоретическое положение максимума данного пика; где полученные поправки образуют двумерную матрицу поправок, привязанных к координатам ячеек-разбиений,
c) интерполяция длин пролета атомов с помощью двумерной матрицы поправок, полученной на стадии (b), при помощи метода бикубической интерполяции на основании X, Y координат зарегистрированных атомов и последующий пересчет масс атомов по формуле (2) с включенной в L поправкой ?L так, что новое значение L равно сумме старого значения L и ?L, и построение нового масс-спектра и набора данных с удалением ячеек-разбиения, полученных на стадии (b);
d) разбиение полученных на этапе (с) данных по номеру регистрации атома на новые наборы данных, представляющие собой диапазоны в среднем по 5000 событий; где для каждого диапазона, как и на этапе (b), строится масс-спектр, который, в свою очередь, снова корректируется при помощи формулы (4) по основному пику отдельного элемента или изотопа, в результате чего получают линейный одномерный массив поправок;
e) полученный на этапе (d) линейный одномерный массив поправок используется как опорный для линейной интерполяции длин пролета, с пересчетом масс атомов по формуле (2) с включенной в L поправкой ?L так, что новое значение L равно сумме старого значения L и ?L, и построением нового масс-спектра с удалением диапазонов, полученных на стадии (d);
f) опциональная корректировка путем разбивки полученных после этапа (е) данных на диапазоны по напряжениям, где для каждого диапазона строятся масс-спектры положения максимума выбранного пика отдельного элемента или изотопа, которые снова сравниваются с теоретическим положением и последующая корректировка вклада напряжения https://new.fips.ru/ofpstorage/IZPM/2019.10.04/RUNWC1/000/000/002/702/112/ИЗ-02702112-00001/00000016-m.jpg Увеличенное изображение (открывается в отдельном окне) по формуле (5):
https://new.fips.ru/ofpstorage/IZPM/2019.10.04/RUNWC1/000/000/002/702/112/ИЗ-02702112-00001/00000017-m.jpg
Увеличенное изображение (открывается в отдельном окне)
в результате чего получают линейный одномерный массив поправок;
g) линейная интерполяция показателей напряжений по опорным значениям, заданным вычисленными на стадии (f) поправками, где массы атомов пересчитываются по формуле (2) с включенной в U поправкой ?U так, что новое значение U равно сумме старого значения U и ?U, и построение финального масс-спектра.
a) базовое восстановление масс путем расчета масс по времени пролета, напряжению, подаваемому на образец в момент испарения, и длине пролета, вычисляемой по координатам регистрации иона на детекторе,
b) первая корректировка длин пролета путем разбиения массива данных, полученных на этапе (а), на части, каждая из которых соответствует набору атомов, удовлетворяющему координатам ячейки квадратного разбиения, накладываемого на плоскость детектора, с последующим восстановлением масс-спектров в каждой ячейке разбиения, соотнесением положения выбранного пика и его теоретического положения и дальнейшим перерасчетом длины пролета с целью совмещения выбранного пика масс-спектра, в результате чего формируют двумерную матрицу поправок,
c) бикубическая интерполяция длин пролета с использованием двумерной матрицы поправок, вычисленной на этапе (b),
d) вторая корректировка длин пролета путем разбиения массива данных, восстановленных с применением полученных на этапе (с) длин пролета, на новые массивы, в каждом из которых содержатся атомы, соответствующие диапазону номеров событий согласно их регистрации на детекторе, последующего восстановления масс-спектра для каждого диапазона и перерасчета длины пролета с целью совмещения ранее выбранного пика с его теоретическим положением, в результате чего формируется одномерный линейный массив поправок, каждый элемент которого соответствует вычисленной поправке для соответствующего диапазона номеров,
e) линейная интерполяция длин пролета по одномерному линейному массиву поправок, вычисленному на этапе (d),
f) опциональная корректировка напряжений путем разбиения массива данных, восстановленных с применением полученных на этапе (е) длин пролета, на наборы, в каждом из которых содержатся атомы, соответствующие диапазону напряжений, последующего восстановления масс-спектра для каждого диапазона и последующего перерасчета напряжения с целью совмещения дополнительно выбранного пика с его теоретическим положением на масс-спектре, в результате чего формируется одномерный линейный массив поправок, каждый элемент которого соответствует вычисленной поправке для соответствующего диапазона напряжений,
g) линейная интерполяция напряжений по массиву поправок, вычисленному на этапе (f), восстановление и построение финального масс-спектра с восстановленными таким образом массами атомов.
2. Способ восстановления масс атомов для атомно-зондовой томографии по п. 1, отличающийся тем, что увеличение точности определения масс ионов, выражаемое в увеличении разрешения получаемого масс-спектра, достигается за счет последовательного разбиения общего массива данных на основании координат длин пролета ионов, номеров их регистрации, и подаваемого в момент их регистрации напряжения, с дальнейшим вычислением корректируемых параметров, путем сравнения значений масс выбранных пиков масс-спектров для атомов в ячейке разбиения с теоретически известным положением.
3. Способ восстановления масс атомов для атомно-зондовой томографии по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что этапы (а)-(g) выполняются следующим образом:
а) с целью вычисления массы каждого регистрируемого атома проводится обработка полученных после исследования образца данных, касающихся массива значений координат на поверхности детектора X и Y, времен пролета Т, и напряжений, подаваемых на образец в момент регистрации иона U, при помощи базового метода восстановления масс по формуле 2:
https://new.fips.ru/ofpstorage/IZPM/2019.10.04/RUNWC1/000/000/002/702/112/ИЗ-02702112-00001/00000013-m.jpg
где m - масса иона, z - заряд иона, U - напряжение, подаваемое на образец, Т - время пролета иона, е - заряд электрона, mР - масса, соответствующая 1 а.е.м., L - длина траектории иона, вычисленная по формуле 3:
https://new.fips.ru/ofpstorage/Doc/IZPM/RUNWC1/000/000/002/702/112/ИЗ-02702112-00001/00000014.jpg
Увеличенное изображение (открывается в отдельном окне)
где X и Y - координаты регистрации иона на поверхности позиционно чувствительного детектора, D - расстояние от образца до детектора;
b) разбивка данных, полученных на этапе (а), на наборы по геометрическому положению места регистрации иона на плоскости детектора X, Y с помощью квадратной сетки, где наборы данных представляют собой последовательности указателей на атомы: {At1, At2, At3, … Atn}, где каждый атом - At1,2,3…n - структура, представляющая набор значений X, Y, М, где X, Y – координаты, соответствующие местоположению регистрации иона на позиционно-чувствительном детекторе, а М - его масса, координаты которых удовлетворяют координатам квадратной ячейки; при этом для каждого набора-ячейки, число событий в котором превышает 2000 атомов, строится масс-спектр, положение максимума основного пика отдельного элемента или изотопа сравнивается с его теоретическим положением в зоне поиска с допуском ±1 а.е.м при помощи алгоритма поиска максимума и дальнейшее вычисление поправки длины пролета ?L, основываясь на разнице значений массы к заряду теоретического и фактического положений пика отдельного элемента или изотопа, по формуле 4:
https://new.fips.ru/ofpstorage/IZPM/2019.10.04/RUNWC1/000/000/002/702/112/ИЗ-02702112-00001/00000015-m.jpg
Увеличенное изображение (открывается в отдельном окне)
где М - фактическое положение максимума заданного пика, a Mth - теоретическое положение максимума данного пика; где полученные поправки образуют двумерную матрицу поправок, привязанных к координатам ячеек-разбиений,
c) интерполяция длин пролета атомов с помощью двумерной матрицы поправок, полученной на стадии (b), при помощи метода бикубической интерполяции на основании X, Y координат зарегистрированных атомов и последующий пересчет масс атомов по формуле (2) с включенной в L поправкой ?L так, что новое значение L равно сумме старого значения L и ?L, и построение нового масс-спектра и набора данных с удалением ячеек-разбиения, полученных на стадии (b);
d) разбиение полученных на этапе (с) данных по номеру регистрации атома на новые наборы данных, представляющие собой диапазоны в среднем по 5000 событий; где для каждого диапазона, как и на этапе (b), строится масс-спектр, который, в свою очередь, снова корректируется при помощи формулы (4) по основному пику отдельного элемента или изотопа, в результате чего получают линейный одномерный массив поправок;
e) полученный на этапе (d) линейный одномерный массив поправок используется как опорный для линейной интерполяции длин пролета, с пересчетом масс атомов по формуле (2) с включенной в L поправкой ?L так, что новое значение L равно сумме старого значения L и ?L, и построением нового масс-спектра с удалением диапазонов, полученных на стадии (d);
f) опциональная корректировка путем разбивки полученных после этапа (е) данных на диапазоны по напряжениям, где для каждого диапазона строятся масс-спектры положения максимума выбранного пика отдельного элемента или изотопа, которые снова сравниваются с теоретическим положением и последующая корректировка вклада напряжения https://new.fips.ru/ofpstorage/IZPM/2019.10.04/RUNWC1/000/000/002/702/112/ИЗ-02702112-00001/00000016-m.jpg Увеличенное изображение (открывается в отдельном окне) по формуле (5):
https://new.fips.ru/ofpstorage/IZPM/2019.10.04/RUNWC1/000/000/002/702/112/ИЗ-02702112-00001/00000017-m.jpg
Увеличенное изображение (открывается в отдельном окне)
в результате чего получают линейный одномерный массив поправок;
g) линейная интерполяция показателей напряжений по опорным значениям, заданным вычисленными на стадии (f) поправками, где массы атомов пересчитываются по формуле (2) с включенной в U поправкой ?U так, что новое значение U равно сумме старого значения U и ?U, и построение финального масс-спектра.