XFEL אבקת עקיפה
הנתונים המוצגים עבור 100% התקרית שטף XFEL אבקת עקיפה היא התוצאה של סיכום יותר מ- 1000 מדידות קליע בודד כדי לייצר טבעת אבקת להשלים עם רזולוציה של יותר מ-2 Å.
אבקת עקיפה פרופילים השוואה
הפסגות בראג עבור טבעות עקיפה מזוהה, את גודלו ההשתקפות שיא (האינטנסיבי ביותר) הראשון (111). איור 3 מראה את שלושת הפרופילים קו עקיפה שונים. על ידי השוואת הפרופילים שורה של הדפוסים עקיפה שלוש, אנו מבחינים עקיפה להקליט את סינכרוטרון אוסטרלי שהנתונים כמעט זהה לפרופיל בראג ראיתי את הנתונים XFEL של 10%. כמה הבדלים קלים מאוד הפרש הגבהים של הפסגות בראג, אבל לא את העמדות שלהם שנצפו. בניגוד מוחלט, הפרופיל של הכוח 100% XFEL אבקת עקיפה הנתונים מגלה הנוכחות של פסגות נוספות לא ראיתי בפרופיל נתונים XFEL 10%, ולא בפרופיל נתונים סינכרוטרון. המיקומים של השתקפויות נוסף אלה מזוהות ב טבלה 1. על מנת לפרש הבדלים אלה, נבנה התאמת הדגם של עקיפה הצפוי של טמפרטורת החדר ה-FCC C60 קריסטל.
רנטגן עקיפה דוגמנות של טמפרטורת החדר ה-FCC C60 מבנה
האינטנסיביות של אבקת עקיפה פסגות המשויך בראג הרהורים מן הגביש ניתנת על ידי
(1),
איפה
הוא וקטור פיזור, K הוא הגורם בקנה מידה,
הוא הגורם הריבוי, Lp היא הגורם לורנץ-קיטוב, W(
) היא פונקציית פרופיל שיא ו M הוא המספר C60 מולקולות הכלול שעוצמת פיזור ממוקם עמדות rm. מארז מולקולרית (מזין רב-תכליתי),
, כי מולקולה60 C ניתנת על ידי
(2),
איפה rj העמדה של אטום פחמןth jמולקולה ו- fc הוא הגורם פיזור אטומי של אטום פחמן.
הפרמטרים של תא היחידה של הגביש מגדירים את העמדות של הרהורים מותרים עבור תבנית עקיפה של קרני רנטגן אבקה. באמצעות הפרמטרים הידועים בטמפרטורת החדר ה-FCC (אורך תא יחידה, מולקולה עמדות בתוך תא היחידה) של C60, יחד עם הגיאומטריה ניסיוני בניסוי קרני רנטגן, ניתן העמדות הצפוי של פסגות (בראג השתקפויות) יש לחשב את מזין רב-תכליתי עבור C60 ואת הציוד 1 ו- 2 הציוד.
קרני רנטגן דוגמנות של נתונים XFEL 100%
נתחיל בהנחה עיוותים משמעותיים/המרות או displacements של גרעינים עמדותיהם אידיאלי אינן מתרחשות במהלך fs 32 משך הדופק התקרית כפי שהוצע ב מוקדמת מחקרים23,24. ליתר דיוק, זה שינוי מהותי עוצמות ראיתי בנתונים XFEL 100% חייב במקום להיות מונע על ידי תנועות של המבנה האלקטרוני של מולקולות60 C. בקישורים הבאים נתאר מודל מתרבה התכונות שנצפה השפעול של הנתונים עקיפה XFEL 100%, באמצעות שינוי של ההתפלגות סימטרית-סנטרו של מולקולות60 C.
במצב נורמלי, נייטרלי, המבנה הגבישי של C60 מתוחזק בידי כוחות dipolar כי הם המושרה על-ידי תנודות מיידי בצפיפות האלקטרונים שלו. תחת התנאים ניסיוני המתוארים כאן, עם זאת, יינון של המערכת יוצר שדה חשמלי פנימי חזק שגורם רגעים דיפול חשמלי המולקולות על ידי קיטוב. בעבר היווצרות של וקטורי ב C60 נצפתה רק מולקולות יחיד, בקבוצות קטנות, תוך שימוש בטכניקות אופטית כגון UV ספקטרוסקופיה25. כאן הפצה מחדש של צפיפות אלקטרונים ציין זאת, אין ספק הן לטווח ארוך ומאריך יחסית משך הדופק XFEL כך השפעותיו הם נצפו התבנית לחקר הגבישים עקיפה של קרני רנטגן.
התוצאה היישור של וקטורי שכנות באמצעות האינטראקציה הקולומבית ואת סופגת את המבנה אלקטרונית של המבנה הגרעין הבסיסי על צירי הזמן גודל 10 fs. זה טעון יישור משפיע על הסימטריה וכתוצאה מכך של המולקולה60 C (ראה איור 4). אובדן סימטריה כדורית של המולקולה מוביל תרומת שלב נוסף משרעת פיזור, מאחר שהמולקולות60 MFFs של C אינם עוד פונקציות אמיתי אבל מורכבים.
מזין רב-תכליתי משתנות מעת לעת שימשה מודל ההתרחשות של התפלגות מטען מולקולרית סימטרי שבו ההתפלגות של צפיפות אלקטרונים של מולקולתה mהוא שנעקרו יחסית למיקומו מבנה גבישי. עם שינוי זה ל C60 מזין רב-תכליתי, היינו יכולים לשכפל את הפרופיל בעוצמה ראיתי בנתונים XFEL 100%.
הציוד 2 מספק את הבסיס עבור בניית ביטוי עבור הגורם פיזור, אשר לוכדת את מתאמים אלקטרונית ארוכי טווח של XFEL-induced הדיפולים בנתונים XFEL 100%. מכאן ניתן לבנות פונקציה מזין רב-תכליתי חדש, שונה כדי חשבון עבור מולקולות60 C מקוטב:
(3),
איפה
הוא מזין רב-תכליתי של מולקולות60 C אידיאלי (מוענקת כברירת הציוד 2) ו-
מגדיר וקטור קיטוב של דיפול מושרה XFEL. ב מגבלת
, הציוד 3 קירוב 2 הציוד ואת הנתונים עקיפה של כוח 10% בטמפרטורת החדר הוא התאושש. כמו
6/56296eq12.jpg' / > עליות, הסימטריה של המולקולה היא שונה, ולהתחיל היחס של כל הפסגות עקיפה אפשרי להשתנות. התפלגות בפועל של מולקולות מקוטב בתוך סריג מעוקב משפיעה על התבנית עקיפה וכתוצאה מכך.
כאשר
, הסימטריה של המולקולה60 C היא שונה, היחס של כל הפסגות עקיפה אפשרי להתחיל להשתנות ביחס התבנית עקיפה צריכת חשמל נמוכה. כדי להתאים את הנתונים למודל זה, הערכים של
היו חקר, מציג הסכם טוב בטווח 20° ≤ 2θ באמצעות ≤ 30 מעלות של זוויות פיזור עבור
.
מטרת ניסוי זה המיועד היה למדוד מידת אל אשר photoionisation סטוכסטי K-קליפה אטומי פחמן משפיע על עוצמות diffracted שנמדד עבור ה-FCC C60 nanocrystals. Photoionisation K-מעטפת האלקטרונים של אטומי פחמן (אלקטרון מחייב אנרגיה = 284 eV) משנה הגורמים פיזור אטומי, נג, ראיתי כמו משרעת פיזור מופחתת בתוך הגבוה
פיזור אזורים. K-מעטפת חורים אטומי פחמן בתוך מולקולות60 C מסודרים סריג גבישי גורם שינויים של amplitudes פיזור של השתקפויות בראג.
אנו אמורים לצפות רקע איזוטרופיות הולך וגדל, תלויים שטף הפוטונים חלה על אבקת nanocrystal דוגמאות על פי ההנחות הבסיסיות הבאות: 1) כי photoionisation של K-קליפה פחמן הוא תהליך הדומיננטי לדוגמה-XFEL אינטראקציה, 2) את photoionisation של אטומי פחמן בודדת היא לא בקורלציה כל אטומי אחר הקריסטל, 3) כי photoionized אלקטרונים נותרות מאותרים עבור משך הזמן של הדופק, ומכאן לתרום הרקע רציפה האות.
מה למעשה נצפו בניסוי הייתה נוכחות חזקה, אסור השתקפויות הטמפרטורה בחדר, FCC nanocrystals של C60 כאשר המדגם היה נתון הפולסים XFEL 100% כוח. יינון מאותרים וסתמית אירועים יכולה להסביר התצפיות אסור השתקפויות.
איור 3 מראה את המראה של הגות אסורים, בד בבד עם צמצום משמעותי עוצמות של השתקפויות FCC המותרים. שינויים אלה לא יכול להיות מתואר על ידי כל ספציפי orientational הזמנה של מולקולות60 C אידיאלי בסריג הגביש.
על-פי שלנו ניתוח1, מתואם, התפלגות הלא-centrosymmetric על כל מולקולה60 C (הציוד 4), הוכיח האמצעי היחיד של יצירת פרופיל עקיפה של מודל אבקת התואם את נתוני הניסוי (ראה ב- איור 5). לשם השוואה, כל נתונים ומודלים מוצגים יחד, אבל הסטה אנכית ביחס אחד לשני, על הציר אותו איור6.

איור 1. XFEL אבקת עקיפה מדגם ההתקנה וגיאומטריה
(א) בעל מדגם המשמש את המטרה קבועה במצב של C60 קריסטל אבקת סריקה. מסגרת הדגימה בנוי אלומיניום. המידות שצוינו הם ביחידות של מ מ. Approximate מידות של דגימת תאים הם 2 מ מ x 12 מ"מ. (b) צילום של C60 קריסטל אבקת המוחלת בשלוש של התאים (נראה כמו תאים צבעוניים בקדרות) עם גיבוי פוליאימיד מורחים (תמיכה הסרט הצהוב על המחזיק לדוגמה). תיאור סכמטי של הניסוי60 סי (c) . המדגם הוא רסטר שנסרקו בכיוונים x-y ב- תמונת הדמיה ערכה. K-B מראות ממקדים את הקרן XFEL לגודל ספוט של 300 ננומטר x 300 nm ב המדגם. דוגמאות מתקיימים בחלל ריק כדי לייצב את התנאים מדגם ולצמצם את האפשרות של רנטגן אינטראקציה עם פיזור מקורות חוץ המדגם. נכנסות XFEL פולסים להכות את האבקה קריסטל שנערך התאים בעל מדגם, תבנית עקיפה נרשם בגלאי CSPAD. רזולוציה של 1.5 Å מושגת על-ידי הגדרת המדגם גלאי מרחק כדי 79 מ מ. אנא לחצו כאן לקבלת תצוגה גרסה גדולה יותר של הדמות הזו.

באיור 2. CSPAD
שים לב כי הבר לבן מידה), ב) ו- d) מייצג 40 מ מ.
(א) CSPAD שדה אפל. הגלאי מורכב של מודולים מלבני 32, ניתן לשנות את העמדות אשר על-ידי הזזת גלילים בציר מעגלי כלפי חוץ רשומה עקיפה זווית גבוהה כנדרש. (b) מסוכם מסגרות נתונים גולמיים (רביע ימין למעלה, למעלה מ-1,000 מסגרות מסוכם) לפני רקע ותיקון שדה אפל. (ג) תמונות דיפרקציה בודדים הוכחת בנושאי דלילות של האות עקיפה. (ד) עקיפה הפרופיל מציג היטב מוגדרים טבעות עקיפה אבקת שבוצעה על-ידי סיכום 1500 עקיפה מסגרות עם חיסור אות רקע להחיל מסגרות בודדות.

איור 3. אבקת עקיפה נתונים
(א) Azimuthally בממוצע תבניות עקיפה את ערכת הנתונים XFEL 10%, 100% XFEL הנתונים (dataset), את ערכת הנתונים סינכרוטרון. עמדות של ה-FCC בראג פסגות מצוינים בקנה אחד עם מבנה FCC בטמפרטורת החדר C60 . (b) שיבוץ region מציג השתקפויות נוכח במבנה ה-FCC 100% בין פיזור זוויות 10⁰ ≤ 2θ באמצעות ≤ 13⁰ לא ראיתי את שני פרופילים אחרים. (ג) שיבוץ region מציג את הפרופיל שיא שונים הנתונים XFEL 100% בין פיזור זוויות 20⁰ ≤ 2θ באמצעות 28⁰ ≤. הנתונים XFEL 10% וגם את הנתונים סינכרוטרון לספק את שכללי הבחירה של ה-FCC מבנים מורכבים ממולקולות centrosymmetric אלקטרונית. אולם הנוכחות של פסגות נוספות (השתקפויות) ראיתי את הנתונים XFEL 100% להפר הכללים הבחירה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
e = "1" >
באיור 4. עיוות ארעית של C60ויזואלזציה של היישור של הדיפולים בתוך מבנה סריג FCC במהלך שלב חולף אלקטרונית מתואם. C
60 מולקולות מיוצגים על ידי כדורים כחולים ולייצג הטיפים אדום לכיוון הדיפולים מסודרות.

איור 5. אבקת עקיפה מודל
אבקת עקיפה פרופיל שנוצר על ידי דגמי מבנה FCC C60 (באמצעות Eq 1 ו- 2) לעומת דגם C60 FCC במבנה נתון בעוצמה 100% דופק XFEL (באמצעות Eq 1 ו- 3). לזהות את בראג לוחיות ההסבר פסגות. אזור בעל עניין (20° ≤ 2θ ≤ 30 מעלות) מודגשת על ידי הקו המקווקו. אף על פי המודל FCC מתאר את עוצמת הבאר הרהורים מותרים, זה לא מסביר את הנוכחות של מספר פסגות נוספות (ראה איור 2a ו- b) נצפתה לגבי עוצמת 100% XFEL נתונים. הסיבה לכך היא כי התרגום פשוטה של האשכול מולקולרית (איור 3) לאורך הציר לחקר הגבישים של השבכה מעוקב נותן לנו תמונה לא שלמה של סידור orientational מקוטב מולקולות60 C במעוקב סריג. לעומת הדגם XFEL 100%, אשר תיקח בחשבון יינון-induced יישור הדיפולים בשבכה FCC (כפי שמוצג באיור4), מתרבה כל הפסגות נוספים נצפו בעוצמת 100% XFEL נתונים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 6. אבקת פרופיל השוואה בין מודל נתונים
השוואה איכותית של הפרופילים שורה עבור התבניות עקיפה שלושה הקליטה בתנאי תאורה שונים השפעול. בנוסף, הפרופילים שורה מחושב באמצעות משוואות 2 ו- 3 באמצעות המודל שלנו מוצגים. ברור כי כניסתה של מזין רב-תכליתי ששונו מעת לעת, הפרופיל קו 100% דגם XFEL מסכים עם נתונים XFEL שלנו 100%.
| זוויות פיזור שנמדד של השתקפויות נוסף (מעלות). | זוויות הפיזור מחושב של השתקפויות נוסף (מעלות). |
| 21.31 | 21.25, 21.45 |
| 23.23 | 22.99, 23.02, 23.39 |
| 24.44 | 24.29, 24.43, 24.47, 24.64 |
| 26.6 | 26.51, 26.67 |
טבלה 1. השתקפויות בראג ראיתי בנתונים XFEL
בערכה של בראג השתקפויות נמדדת בטווח 20⁰ ≤ ≤ 30⁰ 2θ באמצעות הנתונים עקיפה XFEL 100%, כמו גם אלה מחושבים באמצעות Eqns-1-4.
| המיקום של המולקולה | יישור |
| (0,0,0) |  |
| (0.5,0.5,0) |  |
| (0.5,0,0.5) |  |
| (0,0.5,0.5) |  |
בטבלה 2. ה-FCC יישור מולקולרי במהלך ארעי בקורלציה שלב
הטבלה הבאה מתארת את היישור של מולקולות מקוטב של60 C במהלך שלב מתואם ארעית של הגביש מנוסים במהלך הדופק XFEL.