En este informe, se describen los procedimientos detallados para llevar a cabo experimentos de difracción de rayos X de cristal individuales con una celda de yunque de diamante en la línea de luz GSECARS 13-BM-C en la Fuente Avanzada de Fotones. Atrex programas y RSV se utilizan para analizar los datos.
En este trabajo se describen los procedimientos detallados para llevar a cabo experimentos de difracción de rayos X de cristal individuales con una celda de yunque de diamante (DAC) en la línea de luz GSECARS 13-BM-C en la Fuente Avanzada de Fotones. El programa de CAD en el 13-BM-C es parte de la Alianza para el extremo Xtallography (2 ^ PX) proyecto. Se recomiendan BX-90 de tipo DAC con yunques de diamante de tipo cónico y placas de apoyo para estos experimentos. La cámara de muestra debe ser cargado con gas noble a mantener un ambiente de presión hidrostática. La muestra se alinea con el centro de rotación del goniómetro de difracción. El detector de área MARCCD está calibrado con un patrón de difracción de polvo del laboratorio 6. Los picos de difracción de la muestra se analizaron con el programa de software ATREX, a continuación, se indexan con el programa de software RSV. El VRS se utiliza para refinar la matriz de la UB solo cristal, y con esta información y la función de predicción de pico, más picos de difracción puede ser localizado. Representantelos datos de difracción de cristal único de un omphacite (Ca Na 0,51 0,48) (0,44 Mg Al 0,44 Fe 2 + 0,14 Fe 3 + 0.02) Si se recogieron 2 O 6 muestra. El análisis de los datos dio una celosía monoclínica con grupo espacial P2 / n a 0,35 GPa, y no se encontraron los parámetros de red a ser: a = 9,496 ± 0,006 Å, b = 8,761 ± 0,004 Å, c = 5.248 ± 0.001 Å, β = 105.06 ± 0.03º, α = γ = 90º.
cristal de difracción individual de rayos X es una de las formas más eficientes y bien establecidos para determinar la composición química y la estructura de un material cristalino en diferentes condiciones experimentales. Recientemente ha habido un número 1-5 de la evolución de la difracción de cristal único de alta presión. La presión es uno de los principales factores que influyen en el comportamiento y las propiedades de la Tierra y materiales planetarios. experimentos de alta presión revelan rutinariamente nuevos polimorfos de materiales comunes y pueden descubrir formas de sintetizar sustancias químicas que son imposibles de realizar en condiciones ambientales. Recientemente, varios nuevos polimorfos de silicato se han identificado con la difracción de cristal único de alta presión, que proporcionan nuevos conocimientos sobre las propiedades del manto de la Tierra 6-8.
A diferencia de la difracción de cristal único a presión atmosférica, de difracción de alta presión solo cristal requiere un recipiente a presión para generar ymantener la presión durante la recogida de datos. El recipiente a presión más común usado en la difracción de cristal único de alta presión es la celda de yunque de diamante (DAC), que se compone de un par de yunques de diamante unidas por una junta de marco de metal / metal, y un medio transmisor de presión para proporcionar un hidrostática medio ambiente en la cámara de muestra 4,9-11. difracción de cristal único usando una celda de yunque de diamante difiere de difracción en condiciones ambiente en varios aspectos importantes. En primer lugar, la cobertura de espacio recíproco se reduce de manera significativa debido a los rayos X de acceso angular limitado a través del cuerpo de la DAC y las placas de apoyo. En segundo lugar, la absorción dependiente del ángulo de los rayos X por los diamantes y las placas de apoyo debe ser determinado y se utiliza para corregir la señal de difracción de manera que los factores de estructura exactos pueden computarizada. En tercer lugar, cualquier superposición de la señal de difracción de la muestra con la dispersión o difracción de los componentes del CAD, tales como los diamantes, la junta y la presión transmitting medio, debe ser eliminado. En cuarto lugar, la alineación de la muestra en el DAC al centro del goniómetro es difícil. La dirección perpendicular al eje de carga del DAC siempre está bloqueado por la junta, y no es accesible ya sea al microscopio óptico o el haz de rayos X. En la dirección axial, el microscopio óptico sólo puede visualizar una imagen desplazada de la muestra debido al alto índice de refracción del diamante. Estas diferencias requieren la invención de nuevos métodos de medición de difracción de cristal único de alta presión.
La Alianza para el extremo Xtallography (2 ^ PX) proyecto es una nueva iniciativa de investigación dedicado a la difracción de cristal único de alta presión con DAC. El proyecto se hospeda en los GeoSoilEnviroCARS Estación Experimental 13-BM-C en la APS, que proporciona la mayor parte de la infraestructura, incluyendo detectores, centrado rayos X y un 6-círculo difractómetro de alta resistencia 12,13 optimizado para una variedad de EXPERIME cristalografía avanzadaNTS. El difractómetro tiene seis grados angulares de libertad, cuatro muestras de orientación (μ, η, chi y φ) y dos detectores de orientación-(delta y upsilon). Las convenciones angulares de usted 13 se utilizan para describir el movimiento de la muestra y el detector, aunque el η, χ y movimientos phi son pseudo-ángulos derivados de motores reales de geometría kappa del instrumento. Los procedimientos experimentales se han optimizado para la difracción de cristal único de alta presión con DAC, y un conjunto de paquetes de software de procesamiento de datos y el análisis se ha desarrollado. En este manuscrito, se presenta un protocolo detallado para un experimento de difracción de cristal único de alta presión típico que utiliza el tipo BX-90 DAC 9, como guía para recopilar y analizar datos a PX ^ 2.
En este informe se muestra el procedimiento detallado para la realización de experimentos de difracción de cristal individuales con los DAC en la línea de luz GSECARS 13-BM-C. Se recomienda el tipo BX-90 DAC con yunques de diamante de tipo BA y placas de apoyo para los experimentos de difracción de cristal único 2,9,15. La ventaja de la BX-90 Tipo de DAC es su mayor acceso angular en comparación con los DACs simétricas tradicionales, que proporciona para el muestreo eficaz de muchos picos de difracción 9,15. El amplio acceso angular se vuelve crítica para las muestras con menor simetría y con células de unidad más pequeña: el primero requieren más picos de difracción para limitar los parámetros de red con precisión, y el último da menos picos de difracción dentro del dado acceso angular 2. El acceso más angular alcanza en el experimento, los parámetros posicionales atómicos más precisos uno mide 2,4. Restringido el acceso angular puede resultar en una de dos dimensiones recíprocas conjunto de datos vectoriales, MAKing interpretación de datos fiable matemáticamente imposible 2.
Un paso importante, aunque a menudo se pasa por alto es seleccionar el medio de transmisión de presión adecuado. Aunque los medios de comunicación de presión tales como argón, aceite de silicona o solución de metanol-etanol-agua se utilizaron en experimentos previos individuales de difracción de cristal que no superó 10 GPa 21-23, estos medios de presión se convierten en significativamente no hidrostático entre 5-10 GPa 22, y reducir en gran medida la calidad del cristal durante la compresión 2,22. Nuestra experiencia general ha sido que sólo él y Ne resultado en experimentos de alta calidad de hasta 50 GPa (por ejemplo, las referencias 6,7). En los APS, estos gases pueden ser convenientemente cargado en DACs con el uso de los aparatos de carga de gas GSECARS / COMPRESIÓN 14. Cuando él o Ne es elegido como el medio de presión, la cámara de muestra se contrae durante la carga de gas (Figura 2). Una vez que la muestra toca directamente la junta,se rompe fácilmente durante la compresión. Por eso es importante para perforar una cámara de muestra lo suficientemente grande, cuyo diámetro es al menos 2/3 del diámetro culet, para evitar el contacto entre la muestra y la junta después de la carga de gas.
La configuración de difracción de cristal único monocromática basada en sincrotrón en PX ^ 2 es único. En comparación con los difractómetros de laboratorio, la fuente de rayos X de sincrotrón proporciona un flujo mucho mayor (> 10 4) 4,27,28, lo que mejora significativamente la relación señal-ruido y reduce el tiempo de recogida de datos 4,27,28. Sincrotrón de difracción de polvo basado también se usa comúnmente para determinar la estructura de los materiales a altas presiones a través del enfoque Rietveld 4. Difracción de cristal único tiene ventajas sobre el enfoque de Rietveld, ya que desacopla el montaje de parámetros de red y parámetros estructurales 2,4. difracción de polvo con Rietveld ajuste por lo general requiere el ajuste tanto de lat Tice parámetros y los parámetros estructurales, al mismo tiempo, mientras que el número de observaciones independientes suele ser mucho menor que en la difracción de cristal único 4. Otro método de determinación de la estructura común es la difracción de Laue, que utiliza la radiación policromática con un detector de área 4. En comparación con la recolección de datos monocromática en PX ^ 2, la reducción de los datos método de Laue requiere términos adicionales, incluyendo deconvolución armónica y la normalización de intensidad, lo que añade dificultades adicionales en el análisis de datos 4,24. difracción de cristal único monocromática es una forma sencilla de resolver estructuras, sin embargo, tiene sus propias limitaciones. Un conjunto de datos ideal de difracción de cristal único monocromática requiere un cristal de defectos menos con un tamaño de decenas de micras, y la calidad de cristal necesita preservar a altas presiones. Estos requisitos pueden ser difíciles de aplicar para determinados minerales no Quenchable, como bridgmanite 25.
contenido "> resuelta en el tiempo de difracción de cristal único es capaz de capturar el estados metaestables y la cinética de transformación transitoria durante las transiciones estructurales inducidos por la presión, y es una de las futuras líneas de investigación para PX ^ 2 26. Caracterización cuantitativa de los defectos y dinámica de la red, basado en el análisis de rayos X de dispersión difusa a altas presiones también está en desarrollo en el PX ^ 2 26. se está construyendo una plataforma óptica compacta de alta presión de difracción de cristal único láser calienta, y permitirá a la comunidad de la tierra en la ciencia para estudiar el comportamiento de materiales en condiciones de tierra de profundidad 26.The authors have nothing to disclose.
Este trabajo se realizó en GeoSoilEnviroCARS (sector 13), la Asociación del programa Extreme Cristalografía (PX ^ 2), Advanced Photon Source (APS), y el Laboratorio Nacional de Argonne para. GeoSoilEnviroCARS es apoyado por las Ciencias de la National Science Foundation-Tierra (EAR-1128799) y el Departamento de Energía-Geociencias (DE-FG02-94ER14466). El programa PX ^ 2 está soportado por COMPRESIÓN bajo un acuerdo cooperativo NSF EAR 11-57.758. El uso de la Fuente Avanzada de Fotones fue apoyado por el Departamento de Energía, Oficina de Ciencia, Oficina de Ciencias Básicas de Energía de Estados Unidos, bajo el Contrato No. DE-C02-6CH11357. El uso del sistema de carga de gas COMPRESIÓN-GSECARS fue apoyada por COMPRESIÓN bajo un acuerdo cooperativo NSF EAR 11-57758 y por GSECARS a través de NSF EAR-1128799 y DE-DOE otorga FG02-94ER14466. También nos gustaría dar las gracias a Downs Prof. RT de la Universidad de Arizona por la amabilidad de proporcionar las muestras de colecciones RRUFF.
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 |