Summary
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.
Abstract
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 °.
Introduction
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.
Protocol
1. 샘플 준비
주 : 빈 DAC 제조 샘플 로딩 및 매체 전달 불활성 가스 압력 로딩 : 샘플 준비 과정은 세 가지 주요 단계를 포함한다. DAC 제제 샘플 로딩 LAVINA 등에 상세하게 설명되어있다. 매체로드를 송신 (10) 및 압력 하천 등으로 설명되었다. (14) 여기서 우리는 잠시 전형적인 샘플 준비 과정을 설명합니다.
- 백킹 플레이트를 일치하는 원추형 다이아몬드의 쌍을 선택합니다.
- 다이아몬드 모루 (culets)의 플랫 팁이 서로 동일한 지 확인합니다.
참고 큘릿 (culet)의 직경은 실험의 목표 최대 압력에 의존한다. - 백킹 플레이트의 원추형 하우징은 원추형 다이아몬드의 모양과 일치하는지 확인합니다. 확인이 다이아몬드의 높이, 다이아몬드의이면 측의 직경은 오프닝회절 9,15 대한 각 액세스를 최대화하도록 백킹 플레이트와 DAC의 개방 각도 g 각도가 서로 호환.
- 다이아몬드 모루 (culets)의 플랫 팁이 서로 동일한 지 확인합니다.
- 3 ~ 5 분 동안 아세톤 초음파 욕조에서 다이아몬드와 백킹 플레이트를 청소합니다. "소닉"모드로 초음파 세척기를 설정합니다. 광학 현미경으로 다이아몬드와 백킹 플레이트를 검사하고, 모든 눈에 보이는 먼지 나 이물질을 제거합니다.
- 백킹 플레이트의 원추형 하우징의 다이아몬드 및 장착 지그에 어셈블리를 배치합니다.
- 이 백킹 플레이트에 밀착되도록, 압축 나사로 다이아몬드 부하 몇 kg을 적용한다. 이어서, 다이아몬드의 외주 에폭시 약 0.1 g을 적용한다. 에폭시 경화를 8 시간 동안 70 ° C까지 가열 조립체.
- DAC에, 받침 접시와 아세톤과 다이아몬드의 culets의 뒷면의 내부를 청소하고, DAC의 다이아몬드 받침 플레이트를 배치합니다.
- Adjus두 대향 다이아몬드 접촉시 앤빌 culets 동심이되도록 자리에 백킹 플레이트를 길게 설정 나사 다이아몬드의 위치에서 t.
- 광학 현미경으로 간섭 줄무늬를 찾고 두 culets 간의 틸트 각을 확인한다. 프린지의 수가 10 최소화되도록하여 다이아몬드의 경사각 조절 세트 나사의 부하를 잘 조정.
- 두 개의 다이아몬드와 250 μm의 두께 레늄 (재) 금속 호일의 조각을 놓고 왁스와 장소에 고정합니다.
참고 : DAC의 가스켓 등이 다시 호일 역할을합니다. - DAC의 네 개의 압축하는 나사를 조여 균일 천천히 하중을 적용하고, DAC 조립체의 전체 두께를 측정하여 마이크로 미터로 재 가스켓의 두께 변화를 모니터링한다.
- 레이놀즈 개스킷의 두께는 ~ 40 μm의 경우, 천천히 압축 나사로드를 제거하고, 미리 오목 개스킷 꺼내.
- 라스를 사용하여ER 밀링 머신 직경 큘릿 (culet) 직경의 적어도 2/3 프리 들여, 중앙에 구멍을 드릴한다. 광학 현미경으로 개스킷을 맞추고 레이저 밀링 기계 사용자 인터페이스 개스킷 홀의 의도 된 직경을 설정한다. 구멍을 드릴 수있는 "검색"버튼을 누릅니다.
- 아세톤으로 드릴 가스켓을 적시 일반 모드에서 초음파 청소기로 청소. 아세톤 다이아몬드의 culets를 청소합니다. 는 DAC에서 드릴 가스켓 등을 놓습니다.
주 : 개스킷의 구멍은 샘플 챔버로서 기능한다. - 또한 다이아몬드 큘릿 (culet)의 중앙이어야 개스킷 구멍의 중심 단결정 샘플을 놓는다.
참고 : 최적의 표본 크기는 20 μm의 × 20 μm의 X 5 μm의 (길이 x 가로 x 두께). - 작은 루비 구를 배치 (~ 지름 10 μm의) 샘플 부근에 있습니다.
참고 : 루비 구가 압력 마커 역할을합니다. - t 내부의 샘플로 DAC를 배치그는 용기 (14)를 채우기 위해 약 25,000 psi의 최대 압력 / GSECARS 가스 적재 용기 및로드 압축 헬륨 (He) 또는 네온 (네) 가스 압축기 설비.
- DAC의 압축 나사를 조여 DAC 샘플 챔버 내부의 압력을 증가하고, 루비 형광 (16)의 압력을 모니터링 할 수 있습니다.
2. 데이터 수집
- 장소 ~ 1 mg의 실험 6 회절의 회전 중심에서의 분말, 및 δ의 각도로 변하는 여러 MARCCD 검출기 위치에서 분말 회절 패턴을 모은다. MARCCD EPICS 인터페이스의 "시작"버튼을 클릭하여 분말 회절 패턴을 수집합니다. 검출기 샘플 거리와 MARCCD 검출기 (2)의 경사 보정이 회절 패턴을 사용한다.
- 검출기 보정을 완료 한 후, 회절에서 실험실 (6) 표준을 제거합니다. 샘플 홀더에 DAC를 놓고 번째에 넣어전자 회절의 샘플 단계입니다.
- 주위 압력 및 온도에서 샘플을 유지하는 ACA / IUCr 표준 측각기 헤드에 장착 상온 DAC를 고온의 DAC 수냉 클램프 형 홀더 및 중합체 마이크로 메시를 유지하기위한 클램프 형 홀더를 사용한다.
주 : 다음 단계 (2.3-2.8)에서 모든 움직임 제어가 EPICS 사용자 인터페이스 (EUI)에 의해 달성된다.
- 주위 압력 및 온도에서 샘플을 유지하는 ACA / IUCr 표준 측각기 헤드에 장착 상온 DAC를 고온의 DAC 수냉 클램프 형 홀더 및 중합체 마이크로 메시를 유지하기위한 클램프 형 홀더를 사용한다.
- 샘플 챔버는 EUI 120 φ의 각도를 설정함으로써, 시인 줌 카메라에 수직이되도록 φ 축 돌린다.
- 먼저 최소 배율에서 보는 카메라와 함께 샘플 챔버를 찾아보십시오. EUI의 샘플 X, Y 및 Z를 변경하여 시료의 이미지를 중심입니다. 줌 - 최대 배율 후 EUI의 현미경 Z를 변경하여 시료의 이미지를 초점 및.
- 전자의 샘플 X, Y 및 Z를 변화시킴으로써 뷰잉 카메라의 중앙 샘플 챔버의 이미지 정렬UI. 포커스가 될 때까지 (이 방향으로의 회전 중심의 위치를 추정하기 위해 미리 정해진 카메라의 초점을 사용하는) 카메라 축을 따라 샘플의 위치를 조정한다. 샘플 챔버는 입사 X 선 빔에 수직이되도록 그 다음 EUI 90의 φ 각도를 회전한다.
- 송신 빔을 수집하는 동안, 고니 오 미터에 내장 된 전동 번역을 사용 SCANW 소프트웨어를 이용하여 입사 X 선에 수직 인 수평 및 수직 방향 모두에서 DAC 위치를 스캔 상기 DAC 축을 따라 기기의 중심으로부터 시료의 변위를 보정 광 다이오드 검출기 강도 데이터 샘플 뒤에 두었다.
주 : 광 다이오드 검출기는 공압 액츄에이터 상에 장착되며, 상기 제어 국으로부터 원격으로 상기 빔의 외부로 이동 될 수있다. - 최대 전송에 대응 SCANW의 "중심"기능을 사용하여 수집 된 강도 검사에서 중심 위치를 찾을 수 있습니다. 이것은 CE 인샘플 챔버의 nter.
- EUI를 사용하여 몇도만큼 φ 각도계 축을 사용하여 샘플을 회전하여, 수직 전송 검사를 반복한다. 긍정과 부정 φ 오프셋 (offset) 모두에 두 번 검사를 반복합니다.
- 하기 식 (17)으로 입사 X 선의 방향을 따라 샘플링 위치를 계산
ΔY 샘플이 기기의 중심으로부터 변위되어, 입사 X 선의 방향의 거리이고, Δφ은 스캔 사이의 φ 각도의 변화이며, X +와 ΔS하는 X 선의 송신 위치 오프셋이다 X- ΔS φ 각도 + Δφ 및 -Δφ 기울어 때 프로필.
주 : 스캔 여러 반복 샘플 위치 결정의 정밀도 향상을 도모 할 수있다. - 샘플을 정렬 한 후, 상기 단결정 회절 데이터를 수집CCD_DC 소프트웨어 1.
- 우선, 최대 개방 각도를 결정 SCANW 소프트웨어에서 "검색"버튼을 클릭하여 포토 다이오드와 φ 스캔을 수집하고 다이아몬드 앤빌과 배킹 플레이트의 흡수 효과의 기능적 형상을 결정한다.
- φ 주사 후 단계 φ 노출 일련 각각 34 °를 커버 하였다 폭 φ (φ 회전하면서 검출기가 개방되는 동안) 노출에서 DAC가 허용하는 최대 개방 각도를 덮는을 수행한다. 최대 개방 각도에 "전체 범위"를 설정하고, CCD_DC 소프트웨어의 동일한 번호로 "단계의 수"를 설정하여이 단계를 수행합니다. 이상의 회절 피크에 대한 액세스를 허용하도록 상기 CCD_DC 소프트웨어의 δ 및 ν 방향 검출기 아암 위치를 지정하여 상이한 검출기 위치에서 폭 φ 스캔을 수집한다.
참고 : 단위와 결정에 대한보다 큰 10 Å, 같은 각도 범위를 덮고 10 ° 넓은 단계 검사의 컬렉션 셀 것은 추천합니다. 노출 시간은 다이아몬드의 흡수에 의해 결정 및 회절 강도는 시료로부터 갖추고있다. 일반적으로 포화없이 회절 피크의 강도를 극대화 노출 시간을 선택합니다. 전형적인 노출 시간은 1-5의 / °입니다. 하나의 검출기 위치에서 하나의 크리스탈과 하나의 압력에서 일반적인 데이터 수집은 약 30 분 소요됩니다.
3. 데이터 분석
참고 : 데이터 분석은 ATREX / RSV 소프트웨어 제품군 2,18를 사용하여 수행됩니다. 소프트웨어에 사용되는 원리에 대한 자세한 설명 등 데라의 작업을 참조하십시오. 이
- 실험실 6 교정 파일을 처리합니다.
- 의 S의 각 검출기 위치에서 수집 된 실험실 (6) 분말 회절 이미지를 엽니 다oftware. 입력 입사 X 선 (0.434 Å)의 파장, 그리고 "칼을 세분화"버튼을 누릅니다.
주 : 소프트웨어가 자동으로 입사하는 X 선 빔에 대한 상기 샘플 검출기 거리와 검출기의 경사를 계산한다. 감지기 교정은 검출기 위치 ν = 0에서 실시, δ = 0이다. 비제 ν 및 δ에 수집 된 캘리브레이션 화상 교정의 품질 확인을 위해 사용된다. - 수동, 필요에 따라 ν 및 δ 설정을 수정하여, 각 검출 위치에 대한 교정 파일을 저장한다.
참고 : 각 이미지의 시리즈와 관련된 ATREX 저장 검출기 교정 .CAL 파일. 이미지를 열 때, 관련 .CAL 파일이 존재하는 프로그램을 확인하는 경우. 그렇지 않은 경우, 이러한 파일을 선택할 수있는 옵션이있다.
- 의 S의 각 검출기 위치에서 수집 된 실험실 (6) 분말 회절 이미지를 엽니 다oftware. 입력 입사 X 선 (0.434 Å)의 파장, 그리고 "칼을 세분화"버튼을 누릅니다.
- 모든 검출기 위치에 대한 교정을 저장 한 후, ATREX 소프트웨어의 "지정 학적"확인란을 선택하여 이러한 연결을 생성, 있도록 프로그램을 사용할 교정 기억합니다.
- 시료의 회절 피크를 검색하고, 피크 강도에 맞게.
- 소프트웨어의 넓은 각도 φ 노출을 엽니 다. "검색"패널로 이동하여 광각 노출의 회절 피크를 검색합니다. 수동으로 다시 개스킷 링에 가까운 다이아몬드에서 오버 포화 회절 피크와 회절 피크를 삭제합니다.
- 자신의 정확한 위치와 강도를 얻을 수있는 회절 피크를 장착한다. 소프트웨어의 "피크 검색"버튼을 클릭하여 모든 검출기 위치에 대한 샘플의 회절 피크를 검색하고는 "피크를 저장"버튼을 클릭하여 해당 피크 테이블을 저장합니다.
- 역 격자의 회절 피크 '분포를 재구성.
- 이 프로그램에서, A는 스텝 φ 스캔 한 검출기의 위치, 및 하나의 화상에 대한 피크 테이블을 열고동일한 검출기 위치 지을. 검출기 교정 파일이 아직 파일 계열에 할당되지 않은 경우, 적절한 .CAL 파일을 선택한다. 은 "스캔"패널로 이동 버튼 "검사에서 계산 교수의"를 누릅니다.
참고 :이 단계는 피크 강도가 강한되는 각 회절 피크의 φ 각도를 찾을 수 있습니다. - 결과 피크 테이블 .pks 파일을 저장합니다. 다른 검출기 위치에서 모든 넓은 회전 이미지에 대해이 단계를 반복합니다.
- 이 프로그램에서, A는 스텝 φ 스캔 한 검출기의 위치, 및 하나의 화상에 대한 피크 테이블을 열고동일한 검출기 위치 지을. 검출기 교정 파일이 아직 파일 계열에 할당되지 않은 경우, 적절한 .CAL 파일을 선택한다. 은 "스캔"패널로 이동 버튼 "검사에서 계산 교수의"를 누릅니다.
- 색인 회절 피크.
- RSV는 소프트웨어를 사용하여 제 1 피크 테이블 파일을 연다. 모든 추가 피크 테이블을 병합 '추가 "기능을 사용합니다. 회절 피크이 결정의 인덱스에 예비 UB 행렬을 찾기 위해 RSV 플러그인을 사용합니다. 이 소프트웨어는 자동으로 가장 가능성 UB 매트릭스를 검색합니다.
- .p4p 파일을 가져 RSV의 예비 UB 행렬을 열고 함께 UB 행렬을 수정은 "w / D-SPAC을 수정"버튼을 사용하여 각 회절 피크의 D-간격. 결정의 대칭성이 알려진 경우 해당 결정계 제약 조건을 선택한다.
주 : 정제가 수렴되면, 최적화 된 UB 매트릭스 및 결정 (A, B, C, α, β 및 γ)의 격자 파라미터가 결정된다. - .ub 파일로 최적화 된 UB 행렬을 저장합니다.
참고 : 초기 피크 검색 과정에서 프로그램은 구조 결정에 매우 도움이 될 것입니다 일부 낮은 강도 피크를 놓친 것.
- 이 누락 된 피크가 다시 소프트웨어에 대한 이동을 검색하고, 넓은 각도 φ 노출 이미지 (관련 교정 파일이 자동으로로드해야합니다) 엽니 다.
- 은 "예측"패널에서 액정의 UB 행렬을 열고 회절 패턴을 시뮬레이션. 은 "봉우리"패널에서 관찰 된 회절 피크를 검색하고, 관측 피크를 다음 (텍스트 상자를 제거은 "관찰"버튼을 피크에 필요한 피크 피팅 상자 내에서 최소 픽셀 강도 임계 값을 지정할 수 있습니다에) "관찰"로 간주합니다. 은 "피크 적합"버튼을 클릭하여 피크의 위치 및 강도를 장착 한 후 피크 테이블을 저장합니다.
- 은 "추가"기능을 이용하여 RSV 소프트웨어 상이한 검출기 위치에서 모든 예측 피크 테이블을 병합. 상이한 노출 설정 (° / 초에서의 회전 속도)가 사용 된 경우 새로운 .pks 파일을 열 때, 적절한 스케일링 인자를 사용한다.
- SHELX 소프트웨어 패키지와 결정 구조를 수정하는데 사용될 수있는 .hkl 텍스트 파일로 병합 피크 테이블을 내보낼. SHELX와 구조 상세 검색을 수행하기위한 자세한 절차는 물론 다른 곳에서 19, 20 설명 하였다.
Representative Results
우리는 규산염 광물 omphacite에 고압 단결정 회절 하나의 대표 예 (칼슘 0.51 나 0.48) 마그네슘 (Mg 0.44 알루미늄 0.44 철 2+ 0.14의 Fe 3+ 0.02)의 Si 2 O 6을 보여줍니다. omphacite 샘플 Boehler - ALMAX (BA) 다이아몬드 모루과 배킹 플레이트 (그림 1)을 입력과 BX-90 형 DAC에로드했습니다. 샘플 챔버는 수압 환경을 보장하는 (이 경우, 헬륨) 매체를 전송하는 노블 - 가스 압력으로 채워졌다. 샘플 챔버의 압력은 루비 형광에 의해 결정 GPa로 0.35이었다. 샘플 회절 고니 오 미터의 회전 중심 (도 3,도 4)과 일치 하였다. 우리는 δ = 실험실 (6) 분말 표준에 0 (그림 5), ν = 0에서 MARCCD 검출기의 위치와 기울기를 보정. 실험 중, η`7; μ와 각 시료의 회절 피크가 먼저 ATREX 소프트웨어의 "검색"기능 (도 6)를 사용하여 분석 하였다 0으로 고정 하였다. 그리고, 격자 파라미터와 omphacite 단결정 UB 행렬은 RSV 소프트웨어 (도 7)을 사용하여 정제 하였다. 결정의 정제 UB 행렬 더 회절 피크 소프트웨어의 "예측"기능 (도 8)를 이용하여 발견되었다. 이 압력이 omphacite 단결정의 세련된 격자 매개 변수는 다음과 같습니다 = 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 ° (탭. 1). omphacite 결정은이 P / N 공간 군 단사 격자 것으로 밝혀졌다. 우리 정제 격자 파라미터는 함께 omphacite의 문서 격자 파라미터와 일치유사한 화학 성분과 유사한 압력 : P = 0.449 GPa로, A = 9.5541 ± 0.0005 A, B = 8.7481 ± 0.0007 A, C = 5.2482 ± 0.0003 Å, β = 106.895 ± 0.004º 21.
그림 1 : 고압 단결정 회절에 사용되는 BX-90 DAC의 구성 요소. (가) Boehler - ALMAX (BA) 형 다이아몬드; (b) 재 가스켓; (c) BA 형 백킹 플레이트; (d) BA 형 다이아몬드 BA 형 백킹 플레이트에 접착; (e) 상기 BX-DAC (90)의 실린더 부; (f) 상기 BX-DAC (90)의 피스톤 부; 왼손잡이 (g) (블랙 산화 마무리)와 오른 손잡이 (스테인리스 스틸 마감) 압축 나사 : (세로) 디스크 스프링 와셔와 오른쪽 손으로 압축 나사; (
그림 2 : 전 매체로드를 전송 고귀한 가스 압력 후 DAC 샘플 챔버의 현미경 이미지. 매체로드를 전송 가스압 후, 샘플을 챔버 구멍 직경 ~ 30 % 감소했다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3 : 높은 사전을위한 실험 설정PX ^ 2에서 단결정 회절 ssure. 자유의 여섯 각도도 (μ, η, χ, φ, δ 및 υ)와 세 개의 병진 방향 (X, Y 및 Z)가 표시되어 있습니다. 각도에 대한 표기는 당신 (13)의 각도 규칙을 따른다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4 : 회전 중심에 샘플 챔버를 맞 춥니 다. 왼쪽 : + Δφ (녹색) 및 -Δφ (빨간색)에 의해 X 선 정상 방향 (파란색)과 φ 회전에서 샘플 챔버를 검색합니다. 오른쪽 : φ 다른 각도에서 샘플 챔버 스캔 X 선 투과 프로파일. X 선 투과 프로파일 오프셋은 inciden 따라 위치 보정을 계산하는 데 사용되는 t X 선 방향. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 5의 데이터 분석 소프트웨어를 사용하여 MARCCD 검출기 보정. 실험 6 분말 회절 패턴은 캘리브레이션을 수행하기 위해 사용된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 6의 데이터 분석 소프트웨어를 사용하여 회절 피크 됨. 총 63 회절 피크 폭이 노광 화상에서 발견되었다. S / ftp_upload / 54660 / 54660fig6large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 7 : 회절 피크를 인덱싱하고 RSV 소프트웨어를 사용하여 샘플의 UB 행렬을 계산하는 단계를 포함한다. 인덱싱은 소프트웨어에 의해 자동으로 수행된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 8 : 데이터 분석 소프트웨어를 사용하여 회절 피크를 예측. (112) 회절 피크의 피크 예측 함수를 이용하여도 6과 동일한 회절상 발견 하였다.COM / 파일 / ftp_upload / 54660 / 54660fig8large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 격자 매개 변수 | 값 |
| 에이 | 9.496 ± 0.006 Å |
| 비 | 8.761 ± 0.004 Å |
| 기음 | 5.248 ± 0.001 Å |
| 에이 | 90도 |
| 비 | 105.06 ± 0.03º |
| 지 | 90도 |
표 1 : omphacite의 격자 매개 변수 (칼슘 0.51 나 0.48) 마그네슘 (Mg 0.44 알루미늄 0.44 철 <0.35 GPa의에서 강한> 2 + 0.14의 Fe 3+ 0.02)의 Si 2 O 6. omphacite 결정은이 P / N 공간 군 단사 격자 것으로 밝혀졌다.
Discussion
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.Disclosures
저자는 이익에 대한 갈등을 선언하지 않습니다.
Acknowledgments
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.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Boffa Ballaran, T., Kurnosov, A., Trots, D. Single-crystal X-ray diffraction at extreme conditions: a review. High Pressure Res. 33 (3), 453-465 (2013).
- Dera, P., et al. High pressure single-crystal micro X-ray diffraction analysis with GSE_ADA/RSV software. High Pressure Res. 33 (3), 466-484 (2013).
- Hejny, C., Minkov, V. S. High-pressure crystallography of periodic and aperiodic crystals. IUCrJ. 2 (2), 218-229 (2015).
- Lavina, B., Dera, P., Downs, R. T. Modern X-ray Diffraction Methods in Mineralogy and Geosciences. Spectroscopic Methods in Mineralology and Materials Sciences. 78, 1-31 (2014).
- McMahon, M. I., Loa, I., Stinton, G. W., Lundegaard, L. F. Determining complex crystal structures from high pressure single-crystal diffraction data collected on synchrotron sources. High Pressure Res. 33 (3), 485-500 (2013).
- Dera, P., et al. Metastable high-pressure transformations of orthoferrosilite Fs(82). Phys Earth Planet Inter. 221, 15-21 (2013).
- Finkelstein, G. J., Dera, P. K., Duffy, T. S. Phase transitions in orthopyroxene (En(90)) to 49 GPa from single-crystal X-ray diffraction. Phys Earth Planet Inter. 244, 78-86 (2015).
- Zhang, J. S., Dera, P., Bass, J. D. A new high-pressure phase transition in natural Fe-bearing orthoenstatite. Am Mineral. 97 (7), 1070-1074 (2012).
- Kantor, I., et al. BX90: A new diamond anvil cell design for X-ray diffraction and optical measurements. Rev Sci Instrum. 83 (12), (2012).
- Lavina, B., Dera, P., Meng, Y. Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures. J Vis Exp. (80), (2013).
- Miletich, R., Allan, D. R., Kuhs, W. F. High-Pressure Single-Crystal Techniques. Rev Mineral Geochem. 41 (1), 445-519 (2000).
- Thorkildsen, G., Mathiesen, R. H., Larsen, H. B. Angle calculations for a six-circle kappa diffractometer. J Appl Crystallogr. 32, 943-950 (1999).
- You, H. Angle calculations for a '4S+2D' six-circle diffractometer. J Appl Crystallogr. 32, 614-623 (1999).
- Rivers, M., et al. The COMPRES/GSECARS gas-loading system for diamond anvil cells at the Advanced Photon Source. High Pressure Res. 28 (3), 273-292 (2008).
- Boehler, R., De Hantsetters, K. New anvil designs in diamond-cells. High Pressure Res. 24 (3), 391-396 (2004).
- Mao, H. K., Xu, J., Bell, P. M. Calibration of the Ruby Pressure Gauge to 800-Kbar under Quasi-Hydrostatic Conditions. J Geophys Solid Earth Planets. 91, 4673-4676 (1986).
- Smith, J. S., Desgreniers, S. Selected techniques in diamond anvil cell crystallography: centring samples using X-ray transmission and rocking powder samples to improve X-ray diffraction image quality. J Synchrotron Res. 16, 83-96 (2009).
- ATREX: IDL code for single crystal XRD data processing. , Available from: https://github.com/pdera/GSE_ADA (2016).
- Refinement tutorial. , Available from: https://github.com/pdera/GSE_ADA/blob/master/Documentation/Refinement%20tutorial.pdf (2016).
- Sheldrick, G. M. A short history of SHELX. Acta Crystallographica Section A. 64, 112-122 (2008).
- Pandolfo, F., Nestola, F., Camara, F., Domeneghetti, M. C. High-pressure behavior of space group P2/n omphacite. Am Mineral. 97 (2-3), 407-414 (2012).
- Angel, R. J., Bujak, M., Zhao, J., Gatta, G. D., Jacobsen, S. D. Effective hydrostatic limits of pressure media for high-pressure crystallographic studies. J Appl Crystallogr. 40, 26-32 (2007).
- Mccormick, T. C., Hazen, R. M., Angel, R. J. Compressibility of Omphacite to 60 Kbar - Role of Vacancies. Am Mineral. 74 (11-12), 1287-1292 (1989).
- Srajer, V., et al. Extraction of accurate structure-factor amplitudes from Laue data: wavelength normalization with wiggler and undulator X-ray sources. J Synchrotron Radiat. 7, 236-244 (2000).
- Tschauner, O., et al. Discovery of bridgmanite, the most abundant mineral in Earth, in a shocked meteorite. Science. 346 (6213), 1100-1102 (2014).
- Mineral Physics 2016 Long-range Planning Report: Harnessing the Extremes: From Atoms and Bonds to Earthquakes and Plate Tectonics. Dera, P., Weidner, D. , Geo-Prose. (2016).
- Rothkirch, A., et al. Single-crystal diffraction at the extreme conditions beamline P02.2: procedure for collecting and analyzing high-pressure single-crystal data. J synchrotron rad. 20 (5), 711-720 (2013).
- Merlini, M., Hanfland, M. Single-crystal diffraction at megabar conditions by synchrotron radiation. High Pressure Res. 33 (3), 511-522 (2013).
