Name: エクストリーム圧力と温度での合成とMicrodiffraction (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-10-07T21:45:00.000+00:00
Duration: 7 min 26 s
Description: 学ぶレーザー加熱ダイヤモンドアンビルセルを用いた極限圧力・温度での物質合成とシンクロトロン微小回折による構造解析手法。不均一サンプルの精密な構造分析が可能です。

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ネバタ州、ラスベガス（UNLV）高圧理工センター大学が協力協定DE-NA0001982エネルギー国家核安全保障局（NNSA）の部門によってサポートされています。この作品は、アルゴンヌ国立研究所（ANL）、光量子ソース（APS）、（セクタ13）高圧共同アクセスチーム（HPCAT）（セクター16）で行われ、GeoSoilEnviroCARSで（GSECARS）されました。 HPCAT操作はNSFによる部分計装資金調達と、番号DE-FG02-99ER45775賞で賞下DOE-NNSAによる号DE-NA0001974とDOE-BESをサポートされています。 GeoSoilEnviroCARSは、全米科学財団·地球科学（EAR-0622171）とエネルギー省（DOE）·地球科学（DE-FG02-94ER14466）によってサポートされています。 APSは、契約DE-AC02-06CH11357下、DOE-BESでサポートされています。私たちは、ガスローディングシステムの使用のためのGSECARSと圧縮に感謝します。

1。ダイヤモンドアンビルセルとガスケットの準備<ol><li>円錐形のデザイン12とマッチングキューレットサイズのダイヤモンドアンビルのペアを選択します。円錐形のアンビルの設計は、比較的高い分解能のX線microdiffractionデータを収集することができ、それが提供する広角X線の窓のために選択される。キューレット（ダイヤモンドアンビルの平坦な又は斜めの先端が）最大の目標圧力に応じて選択される。キューレットの平らな部分の直径は、それぞれ10〜200以上GPaでの目標圧力のために1から0.07 mm程度の範囲である。 </li><li>炭化タングステンシートや取付治具で行わ両者のマッチング円錐形の筐体にダイヤモンドアンビルを置きます。ダイヤモンドアンビルの下部コーンがしっかりとピンセットでアンビルを回転させることにより、炭化タングステンの座席に座っていることを確認します。 </li><li>ダイヤモンドの負荷（数キロ）を適用します。隙間は、ダイヤモンドとシートの間に残っていないはずです。アンビル外側の円周のまわりで接着剤の少量を適用しますリファレンス。 </li><li> 120℃で1時間硬化℃で第二のダイヤモンドと座席のための操作を繰り返します。 </li><li>ダイヤモンドアンビルセルの2つの部分で接着ダイヤモンド席のペアを挿入します。近接（約30μm距離）にダイヤモンドチップ（キューレット）を持参してください。 </li><li>実体顕微鏡を使用していて、横にアンビルを検査すると、横方向にDAC横止めネジ（ 図1a）を使用して、ダイヤモンドアンビル（culets）の平らな先端を合わせます。 </li><li>優しく、接触しているダイヤモンドのヒントをもたらす。アンビルの相対的な傾きを監視するために軸方向の立体視で見える干渉縞（図1b）、、を使用します。 </li><li> DACトップのネジを使用してトップアンビルを揺する。より広くなってと&quot;キューレットの外に移動する&quot;（ 図1c）縞はダイヤモンド相対傾きが減少していることを示している。軸方向のビューでは、DAC横止めネジを使用して水平方向の配置（ 図1d）を調整します。整列のダイヤモンドは私を示しませんnterference縞と重複エッジ（ 図1E）。徹底的にアセトンを使用してダイヤモンドを清掃してください。 </li><li> 2整列ダイヤモンドのヒントやろうの材料とDAC本体に箔を取り付ける間、ガスケットとして働く、小さな金属箔を置きます。推奨されるガスケット材料はレニウム、ステンレス鋼、タングステン等の高降伏強度の金属が挙げられる。典型的なホイルサイズは0.15〜0.25ミリメートルの厚さの約5ミリメートル×5mm角である。ガスケットは、上質な質感を持ち、クラックの自由であるべき。 </li><li>マイクロメータとDACの総厚を監視しながら、DACボルト均等に80-20程度（図2a）の範囲内のキューレットの大きさによって変化する厚みのインデントを生産する小さなステップに回します。 </li><li>レーザー穿孔システム（図2b）又は放電加工機13を用いてキューレットサイズの1/2、1/3の直径の窪みの中央に穴をあける。ガスケット穴は次のようになりますインデントを中心に、それに直交する。 </li><li>エタノールで約5分間、針、超音波浴を用いてガスケットを慎重に清掃してください。 </li><li>慎重に最初にしてアセトン浸漬ワイプをサンドペーパーを使用したダイヤモンドチップを清掃してください。 1アンビル先端に、ワックス状の素材を使用し、しっかりとガスケットの位置を変更。 </li></ol> 2。サンプルガスの読み込み<ol><li>ルビー蛍光スペクトルシフト14、15、16及び圧縮金17は、二次圧力計として使用される。先端の細いタングステン針、手で摘む1つまたは2つのルビー球（直径〜10μm）を使用し、純金粉を少量（ 図2c）に対して操作を繰り返して、ガスケット穴の壁の上に置きます。ガスケット上に配置圧力基準は望ましくない反応、寄生散乱効果を避けるために、サンプルと接触してはいけません。小さな、接着材料の助けを借りずにすべてのサンプルのロード操作を実行する粒が針、ガスケットまたは静電力によってダイヤモンドに弱く付着。 </li><li>電子天秤、純粋な試薬を量るを使用して、徹底的にモルタルを使用して適切な割合を混ぜる。 </li><li>第二DACの2整列ダイヤモンドの先端間の混合物の少量を置きます。手でセルを絞るサンプルを押してください。粉末は、10μmの厚さ約ホイルで圧縮されます。出発材料は、Fe 4 O 5の場合のように粉末混合物である場合、試料の小さなサイズのために、それは正確な比率をロードすることは困難であり、それは（下記の1原料粉末は、非常に微細であることが不可欠であるμm）で、非常によく混合した。 </li><li>慎重に、先端の細いタングステン針で、バラバラに圧粉体のホイルを破る。大約40μmフレークを選択します。注：ロードしたサンプルの大きさが目標の圧力で試料室のサイズよりも小さくなければならない。試料室はお尻による縮小emblyデザインや素材、そしてNeと彼はメディア我々が使用するために非常に高い試料室を、充填材の圧縮。 （下記参照）、加圧NEとロード大厚さ40μmと120μmで開始試料室は、約15μm​​の厚さと20 GPaで少なくとも70ミクロンの直径に縮小します。 </li><li>最初のDACでダイヤモンドキューレットの中央にフレークを転送します。 DACの二つの部分（ 図2c）を組み立てます。 </li><li>使用される特定のレーザ波長の吸光度に加えて、試料加熱効率が決定的に試料調製に依存する。特に、ウェルダイヤモンドとガスケットから絶縁されるべきで均一な厚さでサンプルをロードすることが重要である。これは、試料が熱を放散するか、熱伝導性ダイヤモンドに付着しないようにするために重要である。ほとんど必然的に押されたフレークの周りに終わるルースパウダーの数粒は、通常、サンプルリフトを維持するのに十分であるアンビルからED。圧力伝達媒体は、次いで、断熱層を提供する。 </li><li>圧力伝達媒体と試料室を埋める。これら二つの不活性メディアは断熱に加えて、非常に高い圧力に準静水圧条件を提供するように推奨メディアは、事前加圧（1.7キロバール）NEまたは彼が含まれています。他の場所で18に詳述圧縮/ GSECARSガスローディングシステムを使用して、ガスの負荷を実行します。 </li></ol> 3。レーザー加熱および高温X線回折 DAC内部の試料の加熱はダイヤモンドアンビルを介して試料に赤外線レーザを適用することによって達成される。サンプルは、レーザ放射を吸収して高温に加熱される。間接レーザー加熱用：1,063 nmの放射線を吸収しないサンプルは、吸収性かつ化学的に不活性な材料（Ptブラック粉末例）と混合することができる。ダイヤモンドは、優れた熱伝導体は、好ましい習慣ですので、アンビル表面から試料を分離する：断熱層（塩化ナトリウム、酸化マグネシウム又はAl 2 O 3例）を使用することである。吸収し、絶縁材料には、しかし、追加の寄生散乱の原因となりますし、サンプルと反応するかもしれません。 HPCATおよびAPSのGSECARS 9、10、11の13IDDの16IDB実験ステーションに設置さオンラインレーザー加熱システムは、DACにロードされた試料に対して加熱及びX線回折を実行するように設計されている。 X線ビームの典型的なエネルギーは約30keV、焦点スポットでサイズが5×5ミクロンのFWHM程度である。赤外線レーザーは（YLF、波長= 1,063 nm）のDACのサンプルを加熱するために使用される。例えばMARCCDとXRD 1621 x NからESPEできるだけ早くX線エリア検出器が利用される。 <ol><li>水冷銅ホルダーにDACを固定します。ラフサンプル位置座標を決定するために、オフラインシステム（遠隔制御電動ステージ、顕微鏡）を使用します。 X線ビームとレーザビームは、試料ステージの回転軸上の試料位置に予め位置合わせされる。 </li><li>試料ステージ（ 図3）上にホルダーを取り付け、実験室の安全手順（これらは実験室で実験を行うために必要な必須の研修に指定されている）以下の実験ステーションを終了して閉じます。 </li><li>遠隔レーザー加熱とコンピュータとモニタを搭載した実験ステーション内からX線回折システムを操作してください。 X線フォトダイオードを用いて測定試料のX線吸収プロファイルを使用して試料ステージの回転軸上の位置を試料。 </li><li> X線ビーム経路に光学部品を加熱し、上流と下流レーザを移動させる。 </li><li>明確なサンプルを表示するための光学系を集中し、ダイヤモンドアンビルの傾きを補正するために加熱ミラーを調整します。 </li><li>レーザーをオンにして、ゆっくりサンプルに配信レーザーパワーを増やす。 </li><li>サンプルは、gの起動時に低い（図4a）は 、イメージングスペクトログラフを用いた熱放射スペクトルを収集する。 </li><li>試料温度19、20を決定するために黒体の動作を仮定プランク放射機能に観測スペクトルに適合するように使用可能なソフトウェアを使用する。試料の両側で測定される目標温度を達成するために、一緒にまたは別々に、試料の両側に送出レーザパワーを調整する。 </li><li>サンプルを加熱しながら、出発材料特性ピーク（通常スムーズデバイリング）の消滅と新たな段階のピーク（通常むらパターン）の出現を監視するために回折パターンを収集します。加熱時間は、温度と実行される特定の合成の反応速度に依存します。以下に簡単に説明鉄4 O 5の合成の場合には、合成はこの検出系（秒）よりも高速である。 </li><li> X線ビームに垂直な平面内に試料を移動させる数μmのステップで、できるだけ均一に試料を加熱する。レーザーをオフにして、X線ビーム経路の光学部品を移動。 </li></ol> 4。合成後のX線回折データ収集合成された位相は、温度消光した後に安定している場合、回折データは、加熱後に収集することができる。 X線回折データは、伝送ジオメトリ（アンビルを介して）に収集される。それでも回折パターンと回転回折パターン（ωスキャン）が収集される。後者は単一の回転画像（ワイドスキャン）として収集され、細かいステップのスキャン画像（1度以下）、または大きなステップスキャン画像（5-10°）のセット。データ収集戦略が利用可能なビームタイム、露光時間及び検出器読み出し速度に応じて調整される。非常に高速な検出器を使用する場合、微細な段差スキャンデータは時間未満で2Dグリッドの各点で収集することができる。これは、完全かつ客観SAMPを可能にしますサンプル全体にわたる逆格子空間の玲。 <ol><li>約5μm、X線ビームの大きさと同様のステップサイズを使用してサンプル領域をカバーする2Dグリッド分布の回折静止画像の集合を収集する。 図4Bに8のグリッド40μmのサンプルで収集= 64の画像が表示され×8。 X線束とサンプル散乱能に応じて3-20秒の間の典型的な露光時間の範囲である。 </li><li>回折像を点検し、最高の単結晶（またはマルチグレイン）と粉末回折分析に適した場所のセットを選択します。いくつかのスポットを示した回折像は、おそらく優れた単結晶回折パターンを提供するかもしれない一つまたは数個の結晶によって生成される。アイあり、z（y及びzを有するビームに垂直な平面内で水平および垂直座標である）、単結晶または多粒子の分析に適しているとして定義された対応するサンプル場所。 、より一般的に、滑らかなや &quot;むら&quot;デビを示すパターンzは、作者場所として定義されている電子リングは、粉末回折分析に適している。 </li><li>試料ステージ翻訳モーターを使用して、最初にあぁ、zの位置に移動します。広角回折像と細かいステップωスキャン回折像（1度以下のオメガステップサイズ）のセットを収集する。単結晶またはマルチグレインデータ解析のためにこれらのパターンを使用してください。 </li><li>選択された各あぁ、zの位置のために繰り返します。 </li><li>試料ステージ翻訳モーターを使用して、、zの位置によって移動する。 10°70ステップサイズ°総開口と広いステップω-スキャン回折像、 すなわち 7の画像を収集します。 LH-DACサンプルの典型的な低粒統計を補償するために粉末回折分析のための回転画像を収集する。 </li></ol>

<ol><li>Lavina, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Discovery+of+the+recoverable+high-pressure+iron+oxide+Fe4O5%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Discovery of the recoverable high-pressure iron oxide Fe4O5.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 17281-17285 (2011).</li>
<li>Eremets, M. I. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aEremets%2C+MI+%22High+pressure+experimental+methods%22">High pressure experimental methods</a>. , Oxford University. Oxford. (1996).</li>
<li>Loveday, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLoveday%2C+J+%22High-pressure+physics.+Scottish+graduate+series%22">High-pressure physics. Scottish graduate series</a>. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2012).</li>
<li>Dubrovinskaia, N., Dubrovinsky, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whole-cell+heater+for+the+diamond+anvil+cell%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Whole-cell heater for the diamond anvil cell.</a> Rev. Sci. Instrum. 74, 3433-3437 (2003).</li>
<li>Boehler, R., Chopelas, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+approach+to+laser-heating+in+high-pressure+mineral+physics%5BTitle%5D)+AND+%22Geophys.+Res.+Lett%22%5BJournal%5D)">A new approach to laser-heating in high-pressure mineral physics.</a> Geophys. Res. Lett. 18, 1147-1150 (1991).</li>
<li>Ming, L., Bassett, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser-heating+in+diamond+anvil+press+up+to+2000+%C2%B0C+sustained+and+3000+%C2%B0C+pulsed+at+pressures+up+to+260+Kilobars%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Laser-heating in diamond anvil press up to 2000 °C sustained and 3000 °C pulsed at pressures up to 260 Kilobars.</a> Rev. Sci. Instrum. 45, 1115-1118 (1974).</li>
<li>Bassett, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+birth+and+development+of+laser+heating+in+diamond+anvil+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">The birth and development of laser heating in diamond anvil cells.</a> Rev. Sci. Instrum. 72, 1270-1272 (2001).</li>
<li>Boehler, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser+heating+in+the+diamond+cell%3A+techniques+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Hyperfine+Interact%22%5BJournal%5D)">Laser heating in the diamond cell: techniques and applications.</a> Hyperfine Interact. 128, 307-321 (2000).</li>
<li>Shen, G. Y., Prakapenka, V. B., Eng, P. J., Rivers, M. L., Sutton, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facilities+for+high-pressure+research+with+the+diamond+anvil+cell+at+GSECARS%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Synchr.+Radiat%22%5BJournal%5D)">Facilities for high-pressure research with the diamond anvil cell at GSECARS.</a> J. Synchr. Radiat. 12, 642-649 (2005).</li>
<li>Meng, Y., Shen, G., Mao, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Double-sided+laser+heating+system+at+HPCAT+for+in+situ+x-ray+diffraction+at+high+pressures+and+high+temperatures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.-Cond.+Mat%22%5BJournal%5D)">Double-sided laser heating system at HPCAT for in situ x-ray diffraction at high pressures and high temperatures.</a> J. Phys.-Cond. Mat. 18, 1097-1103 (2006).</li>
<li>Prakapenka, V. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+flat+top+laser+heating+system+for+high+pressure+research+at+GSECARS%3A+application+to+the+melting+behavior+of+germanium%5BTitle%5D)+AND+%22High+Press.+Res%22%5BJournal%5D)">Advanced flat top laser heating system for high pressure research at GSECARS: application to the melting behavior of germanium.</a> High Press. Res. 28, 225-235 (2008).</li>
<li>Boehler, R., De Hantsetters, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+anvil+designs+in+diamond-cells%5BTitle%5D)+AND+%22High+Press.+Res%22%5BJournal%5D)">New anvil designs in diamond-cells.</a> High Press. Res. 24, 391-396 (2004).</li>
<li>Lorenzana, H. E., Bennahmias, M., Radousky, H., Kruger, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Producing+diamond+anvil+cell+gaskets+for+ultrahigh-pressure+applications+using+an+inexpensive+electric+discharge+machine%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Producing diamond anvil cell gaskets for ultrahigh-pressure applications using an inexpensive electric discharge machine.</a> Rev. Sci. Instrum. 65, 3540-3543 (1994).</li>
<li>Barnett, J., Block, S., Piermarini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+fluorescence+system+for+quantitative+pressure+measurement+in+diamond-anvil+cell%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Optical fluorescence system for quantitative pressure measurement in diamond-anvil cell.</a> Rev. Sci. Instrum. 44, 1-9 (1973).</li>
<li>Piermarini, G., Block, S., Barnett, J., Forman, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Calibration+of+pressure-dependence+of+R1+ruby+fluorescence+line+to+195+kbar%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Calibration of pressure-dependence of R1 ruby fluorescence line to 195 kbar.</a> J. Appl. Phys. 46, 2774-2780 (1975).</li>
<li>Mao, H., Bell, P., Shaener, J., Steinberg, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Specific+volume+measurements+of+Cu%2C+Mo%2C+Pd%2C+and+Ag+and+calibration+of+ruby+R1+fluorescence+pressure+gauge+from+0.06+to+1+Mbar%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Specific volume measurements of Cu, Mo, Pd, and Ag and calibration of ruby R1 fluorescence pressure gauge from 0.06 to 1 Mbar.</a> J. Appl. Phys. 49, 3276-3283 (1978).</li>
<li>Dorfman, S. M., Prakapenka, V. B., Meng, Y., Duffy, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((+Intercomparison+of+pressure+standards+%28Au%2C+Pt%2C+Mo%2C+MgO%2C+NaCl+and+Ne%29+to+2.5+Mbar%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Geophys.+Res%22%5BJournal%5D)"> Intercomparison of pressure standards (Au, Pt, Mo, MgO, NaCl and Ne) to 2.5 Mbar.</a> J. Geophys. Res. 117, (2012).</li>
<li>Rivers, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+COMPRES%2FGSECARS+gas-loading+system+for+diamond+anvil+cells+at+the+advanced+photon+source%5BTitle%5D)+AND+%22High+Press.+Res%22%5BJournal%5D)">The COMPRES/GSECARS gas-loading system for diamond anvil cells at the advanced photon source.</a> High Press. Res. 28, 273-292 (2008).</li>
<li>Jeanloz, R. W., Heinz, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experiments+at+high-temperature+and+pressure+-+laser-heating+through+the+diamond+cell%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys%22%5BJournal%5D)">Experiments at high-temperature and pressure - laser-heating through the diamond cell.</a> J. Phys. 45, 83-92 (1984).</li>
<li>Shen, G., Mao, H. K., Hemley, R. J., Duffy, T. S., Rivers, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Melting+and+crystal+structure+of+iron+at+high+pressures+and+temperatures%5BTitle%5D)+AND+%22Geophys.+Res.+Lett%22%5BJournal%5D)">Melting and crystal structure of iron at high pressures and temperatures.</a> Geophys. Res. Lett. 25, 373-376 (1998).</li>
<li>Hammersley, A., Svensson, S., Hanfland, M., Fitch, A., Hausermann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-dimensional+detector+software%3A+From+real+detector+to+idealised+image+or+two-theta+scan%5BTitle%5D)+AND+%22High+Press.+Res%22%5BJournal%5D)">Two-dimensional detector software: From real detector to idealised image or two-theta scan.</a> High Press. Res. 14, 235-248 (1996).</li>
<li>MDI Products Page [Internet]. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.materialsdata.com/products.htm">http://www.materialsdata.com/products.htm</a> (2013).</li>
<li>Dera, P., Zhuravlev, K., Prakapenka, V., Rivers, M. L., Finkelstein, G. J., Grubor-Urosevic, O., Clark Tschauner, O., M, S., Downs, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+pressure+single-crystal+micro+X-ray+diffraction+analysis+with+GSE_ADA%2FRSV+software%5BTitle%5D)+AND+%22High+Pressure+Research%22%5BJournal%5D)">High pressure single-crystal micro X-ray diffraction analysis with GSE_ADA/RSV software.</a> High Pressure Research. 33, 466-484 (2013).</li>
<li>Grunbaum, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remark+on+phase+problem+in+crystallography%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Remark on phase problem in crystallography.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 72, 1699-1701 (1975).</li>
<li>Hauptman, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+phase+problem+of+x-ray+crystallography%5BTitle%5D)+AND+%22Rep.+Progr.+Phys%22%5BJournal%5D)">The phase problem of x-ray crystallography.</a> Rep. Progr. Phys. 54, 1427-1454 (1991).</li>
<li>Buhler, J., Reichstein, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Symmetric+functions+and+the+phase+problem+in+crystallography%5BTitle%5D)+AND+%22Amer.+Math%22%5BJournal%5D)">Symmetric functions and the phase problem in crystallography.</a> Amer. Math. 357, 2353-2377 (2005).</li>
</ol>

著者らは、利害の対立を宣言しません。

記述されたプロトコルのすべてのステップは、非静水圧など厳しい、アンビル、ガスケット不安定と圧力、目標温度を達成することができないこと、サンプル汚染の損失シャッター破局を介して実験失敗のリスクを回避するために細心の注意を払って行う必要があります。 高温高圧合成の最大の課題は、X線回折データの解釈、ここで要約されるにはあまりにも広範囲な問題である。構造的な解決策は本質的に非自明な問題24、25、26であるが、高い圧力データは、非常に高いバックグラウンド、寄生散乱の存在下、吸収効果、ピーク広がり、重複、貧弱な穀物統計、マルチサンプルなどに悩まされている。これは、可能な限り高い分解能および冗長性を回折パターンを収集することが重要である。 最近まで、技術的な制約や時間の制約のため、ほとんどの高圧シンセESIS製品は、単一の静止回折パターンを用いて特徴づけた。このようなアプローチは、単純な構造及び均質試料の特性に適している。微細なマッピングによって非常に集束ビームとマルチ技術のアプ...

圧力は、根本的に問題の性質と結合を変更することができます。地球の地形は、組成、力学、磁気とさえ大気組成物が深く、非常に高温高圧下にある地球の内部で発生するプロセスに関連付けられています。地球深部プロセスは、地震、火山活動、熱的および化学的対流、および分化を含む。高い圧力および温度は、ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素のような超硬質材料を合成するために使用される。 その場 X線回折でと組み合わせる高いPT合成研究者は新素材や極端な技術的重要性の高圧多形の結晶構造を識別することができます。高圧構造と特性の知識は極端な条件、新材料の合成と設計、およびachievem下の材料の性能のモデリング、惑星内部の構造やプロセスの解釈を可能にする材料の行動の広範な基礎的な理解のENT。高圧相の探査は、技術的に制御可能に極端な環境条件を生成し、かさばる環境のセル内の小さなサンプルをプロービングの二重の課題のために要求している。 材料および技術の範囲が極端な条件2,3で合成を行うために使用することができる。それぞれの特定の実験のために最も適した機器は調査材料、ターゲットPT、及びプロービング技術に依存します。高圧装置の中では、LH-DACは、最小サンプルサイズがありますが、最も高い静的PTを（5ミリバールと6,000 K以上）到達しかし可能であり、最高解像度X線構造解析を可能にします。プロトコルは、Fe 4 O 5の発見につながった1材料および合成条件の広い範囲に適用可能である後述する。 LH-DACは最高の効率吸収材料に適しています最大5ミリバールおよびK.約1,500を超える温度のために合成圧力のために高圧シンクロトロンビームライン（光量子ソース、アルゴンヌ国立研究所の例えば 16-IDBと13-IDDステーション）で利用可能な〜1μm程度のレーザー波長かなり複雑な構造や多サンプルはここに提示X線microdiffraction戦略を特徴づけることができる。例えば、全DAC加熱4とローカル抵抗加熱などの他の技術は、より低い温度で合成するのに適している。約10μmの波長のCO 2 5レーザー加熱は、赤外線YLFレーザに透明な材料の加熱に適していますが、CO 2の放射を吸収する。このようなマルチアンビル、ピストン·シリンダーとパリエジンバラプレスなどの他のデバイス、例えば、中性子回折実験のために必要な大きなボリュームサンプルを提供します。 LH-DACで、1967年6、7 8を発明し、高い圧力がgである対向する2つのダイヤモンドアンビルの先端の間に配置された少量の試料でenerated。鮮やかなX線ビームは、加熱されたスポットに焦点を当てている間にシンクロトロン実験ステーション9、図10、図11に設置されたレーザー加熱システムにおいて、レーザビームは、ダイヤモンドアンビルを介して両側からのサンプルに送達される。 X線回折は、合成の進行状況を監視するために使用されているレーザ光を吸収サンプルが加熱される。レーザー加熱の試料から放出される熱放射は、温度に依存しています。試料の両面から収集熱放射スペクトルは、黒体の挙動8を仮定プランク放射スペクトルを関数に当てはめることによって、試料温度を計算するために使用される。 LH-DACにおける合成の生成物の結晶構造解析は、専用の放射光実験局において利用可能な鮮やかなシンクロトロンX線ビームを高精度かつ高速に自動ステージX線検出器を用いて行われるS。我々は、2次元グリッド内のX線回折データを収集し、結晶粒径に応じてデータ収集計画をカスタマイズする。このアプローチは、することができます：i）は試料組成をマッピングし、ii）単結晶、粉末とマルチグレイン回折技術を組み合わせることにより、複雑な多サンプルの堅牢なデータ分析を得る。

<table><tbody><tr><td>ダイヤモンドアンビル</td><td>アルマックス Easylab</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>WCシート</td><td>アルマックス Easylab</td><td>N/A</td><td>円錐形ハウジングは、アンビル底部の円錐形と一致する必要があります</td></tr><tr><td>SX-165 CCD</td><td>Marresearch</td><td></td><td></td></tr><tr><td>XRD 1621 xN ES</td><td>パーキンエルマー</td><td></td><td></td></tr><tr><td>W針</td><td>テッドペラ、Inc</td><td>MT26020</td><td></td></tr></tbody></table>

エクストリーム圧力と温度での合成とmicrodiffraction

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

高圧化合物および多形は、このような深い惑星内部、斬新な特性を持つデザイン·材料の構造とプロセスを決定するなどの目的の広い範囲のために調査され、爆発や衝撃に非常に高いストレスにさらされる材料の機械的挙動を理解しています。圧力および温度の極端な条件で合成し、材料の構造解析は、顕著な技術的課題を伴う。レーザー加熱ダイヤモンドアンビルセル（LH-DAC）において、非常に高い圧力が互いに押し付けつの対向ダイヤモンドアンビルの先端との間に生成され、ダイヤモンドを介し光っ集束赤外線レーザー光、吸収サンプルに非常に高い温度に到達させるレーザ放射。 LH-DACは、極端に鮮やかなX線放射を提供するシンクロトロンビームラインに設置される場合は、極端な条件下での材料の構造は、 その場で調べられることができます。LH-DACのサンプルは、非常に小さいものの、示すことができるハイテクghly可変粒径、相および化学組成。高分解能構造解析試料の最も包括的な特徴付けを得るために、我々は、2次元グリッドにおける回折データを収集し、粉末、単結晶及びマルチグレイン回折技術を組み合わせる。新たな酸化鉄はFe 4 O 5の合成で得られた代表的な結果を示す。

我々は反応に従ってヘマタイトと鉄の混合物からの高圧およびFe 4 O 5の温度合成から得た代表microdiffractionデータを示しています。 <img src="/files/ftp_upload/50613/50613eq1.jpg" alt="式（1）" width="450px" fo:content-width="4in" /> 図5は、B場所から粉末回折パターンを示す図である。彼らは離れて数ミクロンを集めたが、パターンが著しく異なっています。 O 5が発生しなかった特定のスポット（ 図5a）のFe 4の合成では、代わりに私たちは、ウスタイト（FeO含有）を得た。局所的に高いのFe / O比はおそらくやや高いローカル鉄/ヘマタイト比によってまたは熱誘起化学勾配によって引き起こされます。鉄4 O 5、ネオンに加えて、...

放射光マイクロ回折技術と組み合わせるレーザー加熱ダイヤモンドアンビルセルは、研究者が極端な圧力と温度（PT）条件での物質の新たな相の性質と特性を探索することができます。異種のサンプルが特徴付けられる<em&gt;その場で</em&gt; 2Dマッピングと組み合わせたパウダー、単結晶とマルチグレイン回折アプローチによって高圧下。

エクストリーム圧力と温度での合成とMicrodiffraction

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

本手順の全体的な目的は、高圧・高温条件下で合成を行い、高圧相のシンクロトロン放射光マイクロ回折による特性評価を行うことです。これは、まず広開口ダイヤモンドアンビルセルに目的の圧力でサンプルを封入し、次に両面レーザー加熱システムを用いてサンプルを加熱することで達成されます。一方、放出される黒体放射を利用して温度をモニタリングします。最終ステップは回折データを収集することであり、サンプルの粒径（単結晶、多結晶、または粉末）に応じてデータ収集戦略を調整します。これにより、高圧相の堅牢な構造解析と、複雑な不均一サンプルの包括的な記述が可能になります。抵抗加熱などの既存の手法に対する本手法の主な利点は、ダイヤモンドアンビルセルを用いた高圧条件下で、よりはるかに高い温度に到達できることです。この手法は、惑星内部を構成する相、その特性、および惑星ダイナミクスの理解など、電気地球物理学および地球化学分野における重要な疑問を解決するのに役立ちます。これらの高圧高温合成実験は、アルゴンヌ国立研究所の高度光子源（Advanced Photon Source）において、Geo-SOLおよびViro Center for Advanced Radiation Sourcesの13-ID-Dビームライン、または高圧共同利用アクセスチーム（High Pressure Collaborative Access team）の16-ID-Bビームラインで実施されています。これらのビームラインにおけるX線の典型的なエネルギーは 30 keV であり、焦点スポットにおけるビームサイズは半値全幅で約 5 µm × 5 µm です。ダイヤモンドアンビルセルマウントに標的圧力まで負荷した試料から開始します。高圧デバイスを水冷銅ホルダーに設置します。次に、これをサンプルステージに取り付けます。加熱に用いるレーザービームと回折に用いるX線ビームを、サンプルステージの回転軸上のサンプル位置に合わせて調整します。次に、実験ステーションから退出して閉鎖します。常にラボの安全手順に従ってください。加熱システムおよび回折システムはリモートで操作されます。まず、フォトダイオードで測定したサンプルのX線吸収プロファイルを用いて、サンプルステージの回転軸上にサンプルを正確に配置します。次に、上流および下流のレーザー加熱光学コンポーネントをX線ビーム光路内に移動させます。サンプルを鮮明に観察できるよう、光学系のフォーカスを調整します。次に、ダイヤモンドアンビルの傾きを補正するために加熱ミラーを調整します。1063 nanometerの赤外線レーザーをオンにし、試料が発光し始めたら、試料に照射されるレーザー出力をゆっくりと上げます。イメージング分光器を用いて熱放射スペクトルを収集します。黒体放射として扱い、観測されたスペクトルをプランクの放射関数にフィッティングさせます。試料温度を決定するために、試料を加熱しながら、試料の両側で測定される温度が目標温度になるよう、上部および下部レーザーの出力を調整してください。試料の温度上昇に伴い、初期物質に特有のピークの消失と、新相のピークの出現をモニタリングするため、分光パターンを収集します。次に、試料をX線ビームに垂直な平面内で数マイクロメートルのステップで移動させ、可能な限り均一に加熱します。これが完了したら、レーザーをオフにし、光学部品をX線経路から外します。合成が完了した後、X線回折データの収集を開始します。約5 µmのステップサイズでサンプル領域をカバーする2Dグリッド分布にて、静止回折画像セットを取得します。近似的なX線ビームサイズを用います。これらの回折画像を用いて、単結晶回折および粉末回折分析に最適な位置のセットを選択します。スポットが少ない画像は、1つまたは少数の結晶によって生成された可能性が高く、良好な単結晶回折パターンが得られると考えられます。滑らかまたは斑点状のデバイ環を示すパターンは、粉末回折分析に適しています。サンプルステージを移動させ、最初の単結晶の位置をX線経路上に配置し、広角回折画像を収集してください。加えて、角度ステップサイズを1度以下として、一連の回転回折パターンを収集してください。各単結晶の位置についてこの操作を繰り返します。次に、粉末回折用に指定された部位がX線ビーム内に来るようにサンプルを移動させます。大きな角度ステップサイズ（例えば、全開口角70度など）で回転回折像を収集します。各粉末回折位置において、ステップサイズ10度で7枚の画像が繰り返し取得されます。これらの粉末回折パターンは、ヘマタイトと鉄の混合物を15 giga pascalsおよび1700 kelvinで加熱した後に得られたものです。圧力伝達媒体にはネオンを使用します。FE 4 0 5の高圧相が形成されると予想されますが、その結果は場所によって異なります。本データは、FE 4 0 5の合成が起こらなかった試料の辺縁部分に関するものです。その代わりに、wite FEOが形成されました。局所的な鉄対酸素比が高いのは、局所的な鉄対赤血石比がわずかに高いか、あるいは熱的に誘導された化学勾配によるものと考えられます。この位置で、FE 4 0 5が形成されました。そのピークは赤色で示されています。さらに、微細粒子で非晶質のヘマタイトのデュバイリングが観察されます。これは、おそらく加熱の不均一性により、反応が不完全であることを示唆しています。最終的な部位は、反応が完了し、ほぼ純粋な FE 4 0 5 が形成された場所を代表しています。以下は、EPI 4 0 5 の発見に至った単結晶回折パターンです。これは G-S-E-A-D-A および RSV ソフトウェアを用いて指数付けされています。RSVソフトウェアを用いて、逆格子空間におけるピーク位置とFE 4 0 5単位格子を3次元的に示した図を示します。粉末回折データと同様に、ダイヤモンドアンビルセルで測定された単結晶回折データは、分解能が低く、強度の信頼性に制限があります。それにもかかわらず、データの3次元的な性質により、より堅牢な解釈が可能になります。この手法を習得すれば、本手順に従うことで1時間以内に完了させることができます。回収した試料の微小分析や第一原理計算などの他の手法を併用することも可能です。これにより、構造データの解釈が補完され、高圧相の安定性と特性を理解することができます。

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Engineering

工学

この方法の全体的な目標は、放射光を用いた角度分解光電子分光を用いた超低温で固体の低エネルギーの電子構造を決定することです。...

超低温での角度分解光電子分光

ここに記載の高圧及び高温の実験は、遊星内部分化プロセスを模倣する。プロセスは、高解像度の3Dイメージングおよび定量化学分析によって可視化し、よりよく理解される。...

研究室での惑星インテリア分化過程のシミュレーション

核磁気共鳴は最も重要な分光ツールの一つです。ここでは、現在最大10.1...

極限条件下で凝縮系の電子·化学的性質を探るための新しいツール：ギガパスカルの圧力で高感度核磁気共鳴

本稿では、光量子ソースでGSECARS 13-BM-Cのビームラインでダイヤモンドアンビルセルを用いて単結晶X線回折実験を行うための詳細な手順について説明します。 ATREX及びRSVプログラムは、データを分析するために使用されます。...

PX ^ 2の高圧単結晶回折

この論文は、標準的な電子後方散乱回折システムを備えた走査型電子顕微鏡を用いて超微細粒状およびナノ結晶材料の微細構造を特徴づけるための詳細な方法を提供します。洗練された微細構造を提示する金属合金およびミネラルは、その可能な用途の多様性を示し、この技術を用いて分析されます。...

トランスミッション菊池回折を用いて超微細粒とナノ結晶材料のキャラクタリゼーション

岩石の変形は、高圧で定量化する必要があります。新しく設計された固体媒体グリッグス型装置の変形実験を実行する手順の説明がここで与えられます。これは 5 まで圧力で将来のレオロジー的研究の基盤技術を提供します...

新世代グリッグス型装置を使用して、高温高圧変形実験

岩や放射光 x 線回折を用いた鉱物骨材の冷間圧縮時の応力分布

シリアル フェムト秒の時間分解構造解析実験の成功は、効率的なサンプル配信に依存します。ここでは、我々 は高粘度 404 マイクロ押出しインジェクターからバクテリオロドプシン微結晶の押し出しを最適化するためにプロトコルを説明します。方法論は小説 3 ウェイ カプラー...

微結晶の時間分解フェムト秒シリアル結晶学 x 線レーザーのための高粘度押出を改善

この研究は、高圧および高温(HPHT)条件を発生させる外部加熱ダイヤモンドアンビルセル(EHDAC)を調製するための標準プロトコルに焦点を当てています。EHDACは、極限の条件下で地球や惑星内部の材料を調査するために採用されており、固体物理学や化学研究でも使用できます。...

高圧温度条件下でのIce-VIIの合成と単結晶弾性測定のための外部加熱ダイヤモンドアンビルセル

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低層構造状態のタンパク質検出のための高圧NMR実験

学ぶレーザー加熱ダイヤモンドアンビルセルを用いた極限圧力・温度での物質合成とシンクロトロン微小回折による構造解析手法。不均一サンプルの精密な構造分析が可能です。

エクストリーム圧力と温度での合成とMicrodiffraction

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