이 보고서에서 우리는 고급 광자 소스에서 GSECARS 13 BM-C의 빔라인에서 다이아몬드 앤빌 셀과 단결정 X 선 회절 실험을 수행하기위한 세부 절차에 대해 설명합니다. ATREX RSV 및 프로그램 데이터를 분석하는데 사용된다.
이 보고서에서 우리는 고급 광자 소스에서 GSECARS 13 BM-C의 빔라인에서 다이아몬드 앤빌 셀 (DAC)에 단결정 X 선 회절 실험을 수행하기위한 세부 절차에 대해 설명합니다. 13 BM-C에서의 DAC 프로그램은 극단적 인 Xtallography (PX ^ 2) 프로젝트를위한 파트너십의 일부입니다. 원뿔 형태의 다이아몬드 모루과 백킹 플레이트 BX-90 형 DAC는이 실험을 권장합니다. 샘플 챔버는 수압 환경을 유지하는 희가스로로드한다. 샘플 회절 고니 오 미터의 회전 중심에 정렬된다. MARCCD 영역 검출기는 랩 6에서 분말 회절 패턴으로 보정된다. 시료의 회절 피크는 ATREX 소프트웨어 프로그램으로 분석하고 RSV 소프트웨어 프로그램과 함께 인덱싱된다. RSV는 단결정 UB 매트릭스를 수정하는 데 사용되며, 이러한 정보는 피크 예측 기능을 더 회절 피크가 위치 할 수있다. 대리인omphacite에서 단결정 회절 데이터 (칼슘 나트륨 0.51 0.48) (0.44 마그네슘 알루미늄 0.44 철 2+ 3+ 0.14 철 0.02)의 Si 2 O 6 샘플이 수집되었다. 데이터의 분석은 0.35 GPa의에서 P2 / n 개의 공간 그룹과 단사 격자를주고, 격자 매개 변수 것으로 밝혀졌다 : A = 9.496 ± 0.006 A, B = 8.761 ± 0.004 A, C = 5.248 ± 0.001 Å, β = 105.06 ± 0.03º, α = γ = 90 °.
단일 결정 X 선 회절 다른 실험 조건에서의 결정질 물질의 화학적 조성 및 구조를 결정하는 가장 효율적인 확립 된 방법이다. 최근 고압 단결정 회절 발전의 번호 1-5가 있었다. 압력은 행동과 지구와 행성 물질의 특성에 영향을 미치는 주요 요소 중 하나입니다. 고압 실험은 일상적으로 일반적인 재료의 새로운 형체를 공개하고 주위 조건에서 만들 수없는 화학 물질을 합성 할 수있는 방법을 발견 할 수 있습니다. 최근 몇 가지 새로운 규산 형체는 지구 맨틀 6-8의 속성에 대한 새로운 통찰력을 제공 고압 단결정 회절로 확인되었다.
대기압에서 단결정 회절 상이 고압 단결정 회절 생성하는 압력 용기를 필요로하며데이터 수집시 압력을 유지한다. 고압 단결정 회절에 사용되는 가장 일반적인 압력 용기는 금속 프레임 / 금속 개스킷에 의해 함께 유지 다이아몬드 앤빌의 쌍으로 구성되는 다이아몬드 앤빌 셀 (DAC)이고, 압력은 정압을 제공하는 매체를 전송 샘플 챔버 4,9-11의 환경을 제공합니다. 다이아몬드 앤빌 셀을 사용하여 단결정 회절는 몇 가지 중요한 방법으로 주위 조건에서 회절 다르다. 우선, 상호 공간의 커버리지가 크게 기인 DAC 및 백킹 플레이트의 본체를 통해 한정되는 X 선 각도 액세스 감소된다. 둘째, 다이아몬드와 배킹 플레이트에 의한 X 선의 각도 의존성 흡수를 측정하고 정확한 구조 인자 계산 수 있도록 된 회절 신호를 보정하기 위해 사용되어야한다. 예를 들면 다이아몬드, 가스켓 및 압력 transmittin와 DAC 구성 요소에서 산란 또는 회절 시료의 회절 신호의 셋째, 어떤 오버랩g 매체는 제거되어야한다. 넷째, 고니 오 미터의 중심에 DAC의 샘플을 정렬하는 것은 곤란하다. DAC의 부하 축에 직교하는 방향이 항상 개스킷에 의해 차단하고, 광학 현미경이나 X 선 빔 중 하나에 액세스 할 수 없습니다. 축 방향으로, 상기 광학 현미경은 단지 때문에 다이아몬드의 굴절률이 높은 샘플의 변위 화상을 가시화 할 수있다. 이러한 차이점은 새로운 고압 단결정 회절 측정 방법의 발명을 필요로한다.
익스트림 Xtallography을위한 파트너십 (PX ^ 2) 프로젝트의 DAC와 고압 단결정 회절하기위한 새로운 연구 이니셔티브이다. 이 프로젝트는 GeoSoilEnviroCARS 시험장 검출기를 포함하는 인프라의 대부분을 제공하는 APS, 13-BM-C에서 호스팅, X 선을 집중하고 6 원 무거운 의무 회절 (12, 13)은 고급 결정학의 experime의 다양한 최적화국세청. 회절는 6 자유 각도도, 네 개의 샘플 배향 (μ, η, χ 및 φ)와 두 개의 검출기 – 배향 (δ 및 υ)가 있습니다. η, χ 및 φ 움직임이 악기의 카파 형상 실제 모터에서 파생 된 의사 각도 비록 당신 (13)에서 각 규칙은, 샘플 및 검출기의 움직임을 설명하는 데 사용됩니다. 실험 절차는 DAC를 가진 고압 단결정 회절에 최적화되어 있고, 데이터 처리 및 분석 소프트웨어 패키지 세트가 개발되었다. 이 논문에서는 수집 PX ^ 2 데이터를 분석하는 가이드로서, DAC (9) BX-90 형을 사용하는 일반적인 고압 단결정 회절 실험의 상세한 프로토콜을 제시한다.
이 보고서에서 우리는 GSECARS 13 BM-C의 빔라인에서 DAC를 가진 단결정 회절 실험을 수행하기위한 세부 절차를 보여줍니다. BA 타입의 다이아몬드 모루과 백킹 플레이트 BX-90 형 DAC는 단결정 회절 실험 2,9,15 권장합니다. BX-90 형 DAC의 장점은 많은 회절 피크 9,15 효과적으로 샘플링 제공 전통적인 대칭의 DAC에 비해 넓어진 각 액세스이다. 전 정확하게 격자 파라미터를 제한하기 위해 더 많은 회절 피크를 필요로하고, 후자는 주어진 각도 액세스 (2) 내의 소수의 회절 피크를 제공 : 광각 액세스 하부 대칭 샘플 작은 단위 셀 중요해진다. 더 각도 액세스 한 실험에서는,보다 정확한 위치 매개 원자 하나 2,4- 측정 이른다. 제한된 각도 액세스는 2 차원 상호 벡터 데이터 세트, 살려 될 수 있습니다이 수학적으로 불가능 신뢰할 수있는 데이터 해석을 보내고.
한가지 중요한하면서도 종종 간과 단계는 적당한 압력 전달 매체를 선택한다. 아르곤, 실리콘 오일 또는 메탄올, 에탄올 수용액과 같은 압력 매체가 이전 단결정 회절 실험에 사용 하였다하더라도 그 10 GPa의 21-23는 이러한 압력 매체는 크게 nonhydrostatic 22 GPa의 5-10되기 초과 크게 감소하지 않았다 압축 2,22 중에 결정의 품질. 우리의 일반적인 경험은있다가 50 GPa의 (예, 6, 7을 참조)까지 높은 품질의 실험 만 그와 네브라스카 결과. APS의에서, 이들 가스는 편리 GSECARS / 압축기 설비 가스 로딩 장치 (14)의 사용과 DAC들에로드 될 수있다. 그 또는 네는 압력 매체로서 선택 될 때, 샘플 챔버는 가스 하중 (도 2) 동안 수축. 샘플 직접 개스킷 접촉되면이는 압축시 쉽게 분해. 그래서 직경 큘릿 (culet) 직경의 적어도 2/3 샘플 가스 로딩 후의 개스킷과의 접촉을 피하기 위해 충분히 큰 샘플 챔버 드릴 것이 중요하다.
PX ^ 2에서의 싱크로트론 기반 단색 단결정 회절 설정이 독특하다. 실험실 회절 계에 비해, 싱크로트론 X 선원 크게 신호 대 잡음비를 개선하고 데이터 수집 시간 4,27,28을 줄여 더 높은 플럭스 (> 104) 4,27,28을 제공한다. 싱크로트론 계 분말 회절은 일반적 리트 벨트 방법 4를 높은 압력에서 재료의 구조를 결정하기 위해 사용된다. 이 격자 파라미터 및 구성 파라미터 2,4의 끼움 결합을 해제하기 때문에 단결정 회절, 리트 벨트 방법에 비해 많은 장점을 갖는다. 리트 벨트는 일반적으로 피팅과 분말 회절 피팅 모두 위도가 필요합니다 TICE 파라미터 동시에 구조적 매개 변수, 독립 관측 횟수 단결정 회절 4보다 일반적으로 훨씬 낮다된다. 또 다른 일반적인 구조 결정 방법이 영역 검출부 (4) 다색 방사선을 사용 라우 회절이다. PX ^ 2의 단색 데이터 수집에 비해 라우에있어서 데이터의 감소는 데이터 분석 4,24 추가적인 어려움을 추가 고조파 컨벌루션 강도 정규화 포함한 추가적인 조건이 필요하다. 단색 단결정 회절 구조를 해결하는 직접적인 방법은 아직 그 자신의 한계를 갖는다. 단색 단결정 회절 이상적인 세트는 수십 ㎛의 크기로 결함이없는 결정을 필요로하며, 결정 품질은 높은 압력으로 유지할 필요가있다. 이러한 요구 사항은 bridgmanite 25 일부 비 quenchable 광물에 대한 충족하기 어려울 수 있습니다.
콘텐츠 "> 시간 해결 단결정 회절 압력에 의한 구조 전환시 준 안정 상태와 변화의 역학 과도를 캡처 할 수 있고, ^ 2 (26). 결함 및 격자 역학의 정량적 특성 분석을 기반으로 PX의 미래 연구 방향 중 하나입니다 X 레이의 높은 압력에서 확산 산란은 PX에서 개발도 ^ 레이저 가열 고압 단결정 회절 소형 광학 플랫폼이 구축되고 있으며, 동작을 연구하기 위해 지구 과학 커뮤니티를 가능하게 할 것이다 (26). (2) 깊은 대지의 조건 (26)에서 재료.The authors have nothing to disclose.
이 작품은 극단적 인 결정학 프로그램 (PX ^ 2), 고급 광자 소스 (APS) 및 아르곤 국립 연구소 (Argonne National Laboratory)에 대한 GeoSoilEnviroCARS (섹터 13), 파트너십에서 수행되었다. GeoSoilEnviroCARS는 국립 과학 재단 (National Science Foundation) 지구 과학 (EAR-1128799) 및 에너지 지질학과 (DE-FG02-94ER14466)에 의해 지원됩니다. PX ^ 2이 프로그램은 NSF 협력 계약 EAR 11-57758에서 압축기 설비에 의해 지원됩니다. 고급 광자 소스의 사용은 계약 번호 DE-C02-6CH11357에서 에너지, 과학, 기초 에너지 과학의 사무실의 사무실의 미 교육부에 의해 지원되었다. 압축기 설비-GSECARS 가스 로딩 시스템의 사용은 NSF 협력 계약 EAR 11-57758에서 압축기 설비에 의해 NSF 그랜트 EAR-1128799 및 DOE는 DE-FG02-94ER14466을 부여를 통해 GSECARS에 의해 지원되었다. 우리는 또한 친절 RRUFF 컬렉션에서 샘플을 제공하기 위해 애리조나 대학에서 교수 RT 다운스에게 감사의 말씀을 전합니다.
Diamond | Almax | P01037 | Boehler-Almax type diamond |
Backing plate | Almax | P01289 | Backing plate's design should match the diamond's design |
Re gasket | Alfa Aesar | 10309 | |
Epoxy | Henkel Loctite | Stycast 2651 | |
Polymer micromesh | MiTeGen | M3-L18SP-25 | |
Goniometer head | Hampton Research | HR4-647 | |
Software: ATREX | Open source software | Website: https://github.com/pdera/GSE_ADA | |
Software: RSV | Open source software | Website: https://github.com/pdera/RSV | |
Software: cell_now | Bruker Corporation | ||
Software: CCD_DC | Free software |