Nordhessische … Auswertung zur Gwyddion-Umfrage

Auswertung zur Gwyddion-Umfrage

Abstract

Die Entwickler der SPM-Software Gwyddion möchten in einer gerade gestarteten Umfrage herausfinden, wie die Nutzer bestimmte Daten auswerten. An Hand dreier AFM-Bilder sollen dabei die typischen „Workflows“ bis hin zur Datenauswertung durchexerziert werden. Die ermittelten physikalischen Größen sind dann Gegenstand der Umfrage. Wir von Nordhessische.de haben an der Umfrage teilgenommen und beschreiben hier unser Vorgehen. (Artikel lädt 2 MiB Bilder!)

Auswertung von Nordhessische.de

Entsprechend der Aufgabenstellung wurden die Beispieldaten vor der Auswertung bearbeitet, um sie besser interpretieren zu können. Die einzelnen Schritte sind bei der jeweiligen Aufgabe aufgeführt.

Die Angabe der Nachkommastellen ist signifikant, d. h. sie gibt die geschätzte Genauigkeit der Messung an.

Gwyddion nach dem Start auf einem Notebook: Der ganze Bildschirm ist voll.
Gwyddion nach dem Start der Aufgabe: Der komplette Bildschirm ist mit den Fenster belegt, die Tastenkombination ALT+Tab „wird dein Freund“.

Sample data 1: Monoatomic silicon steps

Beschreibung

Auf dem AFM-Bild ist eine ein-atomare Stufe auf einer Silizium-Oberfläche zu sehen, die Defekte aufweist. Der AFM-Scanner war nicht kalibriert und es sind unter Umständen auch Scanner-Artefakte zu sehen.

Vorgehen

  1. Subtraktion der Mittelwertebene.
  2. Ausrichtung der Zeilen entlang des Medians.
  3. Automatische (optimale) Auswahl des Dynamikbereichs.
  4. Mit Hilfe des Werkzeugs Profile extrahieren (siehe auch Abbildung Werkzeuge von Gwyddion) wurden fünf Linienprofile in separate Graphen extrahiert und vermessen.
bearbeitete Aufgabe 1
AFM-Bild der Si-Oberfläche nach der Bildbearbeitung mit Gwyddion. Im Bild sind die fünf gewählten Linienprofile eingezeichnet.

Sample data 2: Rough surface

Beschreibung

Es soll die Rauhigkeit einer gekauften Probe bestimmt werden. Gwyddion bietet dafür das Werkzeug Statistische Größen:

Die Werkzeuge von Gwyddion
Die Werkzeuge von Gwyddion. Statistische Größen ist mit dem Mauszeiger hervorgehoben. In der ersten Reihe, zweites von rechts befindet sich Profile extrahieren, welches in Aufgabe 1 verwendet worden ist.

Die Oberflächenrauhigkeit ist dabei je nach Bildbearbeitung unterschiedlich.

Vorgehen

  1. Subtraktion der Mittelwertebene.
  2. Hintergrundkorrektur:
    1. keine
    2. Median
    3. „matching“
    4. Polynomieller Hintergrund
  3. Automatische (optimale) Auswahl des Dynamikbereichs.
  4. Mit Hilfe des Werkzeugs Statistische Größen (siehe auch Abbildung Werkzeuge von Gwyddion) wurde jeweils die Oberflächenrauhigkeit bestimmt.
bearbeitetes Bild mit dem Werkzeug »Statistische Größen«
Das wie oben beschriebene Bild mit polynomieller Hintergrundkorrektur und dem nebenstehenden Werkzeug Statistische Größen.

Sample data 3: Artificial step

Beschreibung

Dieses Bild ist eine künstlich erstellte, „weiche“, d. h. unscharfe Stufe auf einer Probenoberfläche. Hier soll analog zu Aufgabe 1 die Stufenhöhe ermittelt werden. Die Herausforderung ist dabei genau diese Unschärfe.

Ergebnis

Das Bild wurde mit der gleichen Prozedur wie in Aufgabe 1 bearbeitet und dann ausgewertet, wobei folgendes Bild erhalten wurde:

bearbeitete Aufgabe 3
Bild der Oberfläche nach der Bildbearbeitung mit Gwyddion. Im Bild sind die vier gewählten Linienprofile eingezeichnet.

Knobelspaß für den Endspurt vor Weihnachten

Wer im Labor (beim Warten auf das Experiment) oder am Schreibtisch (zur Prokrastination) ähnlichen Spaß beim kurzen Knobeln (ca. 20 min sind realistisch) hat und seine Ergebnisse austauschen möchte, kann Nordhessische.de sein Vorgehen über die im Impressum genannte Emailadresse schreiben oder auf den Tweet zu diesem Beitrag antworten.