Analysis of Interpretable Data Representations for 4D-STEM Using Unsupervised Learning

管道(软件) 聚类分析 计算机科学 模式识别(心理学) 非负矩阵分解 人工智能 无监督学习 比例(比率) 特征(语言学) 矩阵分解 物理 语言学 量子力学 哲学 特征向量 程序设计语言
作者
Alexandra Bruefach,Colin Ophus,Mary Scott
出处
期刊:Microscopy and Microanalysis [Cambridge University Press]
卷期号:28 (6): 1998-2008 被引量:16
标识
DOI:10.1017/s1431927622012259
摘要

Abstract Understanding the structure of materials is crucial for engineering devices and materials with enhanced performance. Four-dimensional scanning transmission electron microscopy (4D-STEM) is capable of mapping nanometer-scale local crystallographic structure over micron-scale field of views. However, 4D-STEM datasets can contain tens of thousands of images from a wide variety of material structures, making it difficult to automate detection and classification of structures. Traditional automated analysis pipelines for 4D-STEM focus on supervised approaches, which require prior knowledge of the material structure and cannot describe anomalous or deviant structures. In this article, a pipeline for engineering 4D-STEM feature representations for unsupervised clustering using non-negative matrix factorization (NMF) is introduced. Each feature is evaluated using NMF and results are presented for both simulated and experimental data. It is shown that some data representations more reliably identify overlapping grains. Additionally, real space refinement is applied to identify spatially distinct sample regions, allowing for size and shape analysis to be performed. This work lays the foundation for improved analysis of nanoscale structural features in materials that deviate from expected crystallographic arrangement using 4D-STEM.
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