In questo rapporto, descriviamo le procedure dettagliate per effettuare esperimenti di diffrazione a raggi X singolo cristallo con una cella ad incudine di diamante al GSECARS 13-BM-C linea di luce alla Advanced Photon Source. programmi Atrex e RSV sono utilizzati per analizzare i dati.
In questa relazione si descrivono le procedure dettagliate per effettuare esperimenti di diffrazione a raggi X singolo cristallo con una cella ad incudine di diamante (DAC) a GSECARS 13-BM-C linea di luce alla Advanced Photon Source. Il programma di DAC a 13-BM-C fa parte del partenariato per Extreme Xtallography (PX ^ 2) progetto. BX-90 di tipo DAC con conica tipo incudini di diamante e le piastre della protezione sono consigliati per questi esperimenti. La camera del campione deve essere caricato con gas nobile per mantenere un ambiente a pressione idrostatica. Il campione è allineato al centro di rotazione del goniometro diffrazione. Il rivelatore zona MARCCD è calibrato con un modello di diffrazione della polvere dal laboratorio 6. I picchi di diffrazione del campione vengono analizzati con il programma software ATREX, e vengono quindi indicizzate con il programma software RSV. RSV viene utilizzato per definire la matrice UB del monocristallo, e con questa informazione e la funzione di picco previsione, più picchi di diffrazione può essere individuato. RappresentanteDati singolo cristallo di diffrazione da una omphacite (Ca Na 0.51 0.48) (Mg 0.44 Al 0.44 Fe 2+ 0.14 Fe 3+ 0.02) Si campione 2 O 6 sono stati raccolti. L'analisi dei dati ha dato un reticolo monoclino con P2 / n gruppo spaziale a 0,35 GPa, ed i parametri reticolari sono risultati essere: a = 9,496 ± 0,006 a, b = 8,761 ± 0,004 A, C = 5,248 ± 0,001 A, β = 105,06 ± 0.03º, α = γ = 90 °.
cristallo singolo diffrazione ai raggi X è uno dei modi più efficaci e consolidate per determinare la composizione chimica e la struttura di un materiale cristallino in diverse condizioni sperimentali. Recentemente ci sono stati una serie di 1-5 sviluppi in singolo cristallo di diffrazione ad alta pressione. La pressione è uno dei principali fattori che influenzano il comportamento e le proprietà di Terra e materiali planetari. esperimenti ad alta pressione di routine rivelano nuovi polimorfi di materiali comuni e possono scoprire i modi per sintetizzare sostanze chimiche che sono impossibili da effettuare in condizioni ambiente. Recentemente, diverse nuove polimorfi silicato sono stati identificati con la diffrazione singolo cristallo ad alta pressione, che forniscono una nuova visione le proprietà del mantello terrestre 6-8.
Diverso dal singolo cristallo di diffrazione a pressione atmosferica, monocristallo alta pressione diffrazione richiede un recipiente a pressione per generare emantenere la pressione durante la raccolta dei dati. Il recipiente a pressione più utilizzato nel singolo cristallo di diffrazione ad alta pressione è la cella ad incudine di diamante (DAC), che è composto da una coppia di incudini diamante tenuti insieme da una guarnizione metallo / metallo, e una pressione trasmissione media per fornire un idrostatica ambiente nel pozzetto di misurazione 4,9-11. diffrazione cristallo singolo utilizzando una cella ad incudine di diamante differisce da diffrazione in condizioni ambiente in diversi modi importanti. Innanzitutto, la copertura dello spazio reciproco è significativamente ridotta a causa della limitata raggi X accesso angolare attraverso il corpo del DAC e le piastre di sopporto. In secondo luogo, l'assorbimento angolazione-dipendente dei raggi X da parte dei diamanti e piastre di supporto deve essere determinato e utilizzato per correggere il segnale di diffrazione in modo che fattori di struttura precisi possono calcolato. Terzo, qualsiasi sovrapposizione del segnale di diffrazione del campione con dispersione o diffrazione dai componenti DAC, come i diamanti, guarnizione e transmittin pressioneg medium, deve essere eliminato. Quarto, allineando il campione nel DAC al centro del goniometro è difficile. La direzione perpendicolare all'asse di carico del DAC è sempre bloccato dalla guarnizione, e non è accessibile sia al microscopio ottico o il fascio di raggi X. Nella direzione assiale, il microscopio ottico può visualizzare solo un'immagine spostata del campione per l'alto indice di rifrazione del diamante. Queste differenze richiedono l'invenzione di nuove singolo cristallo metodi di misurazione di diffrazione ad alta pressione.
Il partenariato per Extreme Xtallography (PX ^ 2) progetto è una nuova iniziativa di ricerca dedicata al singolo cristallo di diffrazione ad alta pressione con DAC. Il progetto è ospitato presso la stazione sperimentale GeoSoilEnviroCARS 13-BM-C alla SPA, che fornisce la maggior parte delle infrastrutture tra cui rilevatori, focalizzato i raggi X ed un 6-cerchio pesanti diffrattometro 12,13 ottimizzato per una varietà di tecnologie avanzate experime cristallografianti. Il diffrattometro ha sei gradi angolari di libertà, quattro campioni-orientamento (μ, η, e × φ) e due rivelatore di orientamento (δ e υ). Le convenzioni angolari da Voi 13 sono usati per descrivere il moto del campione e il rivelatore, anche se l'η, χ e movimenti Phi sono pseudo-angoli derivati da motori geometria reale kappa dello strumento. Le procedure sperimentali sono stati ottimizzati per singolo cristallo di diffrazione ad alta pressione con DAC, ed è stato messo a punto una serie di pacchetti di elaborazione dei dati e software di analisi. In questo manoscritto, vi presentiamo un protocollo dettagliato per un esperimento di diffrazione tipica ad alta pressione singolo cristallo con il tipo di BX-90 DAC 9, come una guida per raccogliere e analizzare i dati a PX ^ 2.
In questo rapporto ci mostra la procedura dettagliata per effettuare esperimenti singoli cristalli di diffrazione con DAC alla linea di luce GSECARS 13-BM-C. Tipo BX-90 DAC con BA-tipo incudini di diamante e le piastre della protezione sono consigliati per cristallo singolo esperimenti di diffrazione 2,9,15. Il vantaggio del BX-90 tipo DAC è suo più ampio accesso angolare rispetto ai tradizionali DAC simmetrici, che prevede efficace campionamento di molti picchi di diffrazione 9,15. L'ampio accesso angolare diventa critico per i campioni con la simmetria più bassa e con le cellule di unità più piccole: i primi richiedono più picchi di diffrazione per vincolare i parametri reticolari con precisione, e questi ultimi danno un minor numero di picchi di diffrazione all'interno del dato accesso angolare 2. L'accesso un altro angolare raggiunge l'esperimento, le più accurate atomiche parametri posizionali si misura 2,4. accesso angolare ristretto può tradursi in una bidimensionale reciproca vettore set di dati, making interpretazione dei dati affidabili matematicamente impossibile 2.
Un importante passo ma spesso trascurato è quello di selezionare adatto mezzo di trasmissione della pressione. Anche se i media pressione, come argon, olio di silicone o di soluzione di metanolo-etanolo-acqua sono stati utilizzati in precedenti esperimenti singoli cristalli di diffrazione che non ha superato il 10 GPa 21-23, questi mezzi di pressione diventano significativamente non idrostatico tra 5-10 GPa 22, e ridurre notevolmente la qualità del cristallo durante la compressione 2,22. La nostra esperienza generale è stata che solo Lui e Ne risultato in esperimenti di alta qualità fino a 50 GPa (ad esempio, i riferimenti 6,7). Alle APS, questi gas possono essere convenientemente caricati nel DAC con l'uso di GSECARS / COMPRES analizzatori di gas-loading 14. Quando Egli o Ne viene scelto come mezzo di pressione, la camera del campione restringe durante il carico di gas (Figura 2). Una volta che il campione tocca direttamente la guarnizione,si rompe facilmente durante la compressione. Quindi è importante per perforare una grande camera del campione sufficiente, il cui diametro è almeno 2/3 del diametro culet, per evitare il contatto tra il campione e la guarnizione dopo il caricamento del gas.
Il monocromatica configurazione di diffrazione singolo cristallo di sincrotrone a base a PX ^ 2 è unico. Rispetto ai diffrattometri laboratorio, la sorgente di raggi X di sincrotrone fornisce un flusso molto più elevata (> 10 4) 4,27,28, che migliora notevolmente il rapporto segnale-rumore e riduce il tempo di raccolta di dati 4,27,28. Synchrotron polvere a base di diffrazione è anche comunemente usato per determinare la struttura dei materiali ad elevate pressioni attraverso l'approccio Rietveld 4. Diffrazione cristallo singolo ha vantaggi rispetto all'approccio Rietveld, perché disaccoppia il montaggio di parametri reticolari e parametri strutturali 2,4. diffrazione polvere con Rietveld raccordo di solito richiede il montaggio sia lat Parametri Tice e parametri strutturali, allo stesso tempo, mentre il numero di osservazioni indipendenti è in genere molto inferiore a quello del singolo cristallo di diffrazione 4. Un altro metodo di determinazione della struttura comune è Laue di diffrazione, che utilizza la radiazione policromatica con un rilevatore di zona 4. Rispetto alla raccolta dati monocromatica a PX ^ 2, la riduzione del metodo di Laue dati richiede ulteriori termini inclusi deconvoluzione armonica e la normalizzazione intensità, che aggiunge ulteriori difficoltà nell'analisi dei dati 4,24. Monocromatico singolo di diffrazione di cristallo è un modo semplice di risolvere strutture, ma ha i suoi limiti. Un insieme di dati ideale di monocromatica singolo diffrazione cristallo richiede un cristallo difetti meno con una dimensione di decine di micron, e la qualità di cristallo deve preservare a pressioni elevate. Questi requisiti possono essere difficili da soddisfare per alcuni minerali non quenchable, come bridgmanite 25.
content "> Tempo risolto singolo diffrazione cristallo è in grado di catturare il transitorio stati metastabili e cinetica di trasformazione durante la pressione indotta transizioni strutturali, ed è una delle future direzioni di ricerca per PX ^ 2 26. caratterizzazione quantitativa dei difetti e dinamica reticolare, sulla base di analisi di X-ray scattering diffuso a pressioni elevate è anche in fase di sviluppo presso il PX ^ 2 26. si sta costruendo una piattaforma ottica compatta per cristallo singolo di diffrazione ad alta pressione laser-riscaldato, e permetterà alla comunità di terra-scienza per studiare il comportamento dei materiali in condizioni profondo della terra 26.The authors have nothing to disclose.
Questo lavoro è stato eseguito a GeoSoilEnviroCARS (Settore 13), di partenariato per il programma estrema Cristallografia (PX ^ 2), Advanced Photon Source (APS), e Argonne National Laboratory. GeoSoilEnviroCARS è supportato dai scienza scienze Fondazione Nazionale-Earth (EAR-1128799) e Department of Energy-Geoscienze (DE-FG02-94ER14466). Il ^ 2 programma di PX è supportato da COMPRESSIONE sotto NSF accordo Cooperativa EAR 11-57.758. L'uso del Advanced Photon Source è stato sostenuto dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Office of Science, Ufficio delle Scienze di base dell'energia, sotto contratto n DE-C02-6CH11357. L'utilizzo del sistema di gas di carico COMPRESSIONE-GSECARS è stata sostenuta da COMPRESSIONE sotto NSF accordo cooperativo EAR 11-57.758 e GSECARS attraverso NSF concessione EAR-1.128.799 e il DOE concedere DE-FG02-94ER14466. Vorremmo anche ringraziare Downs Prof. RT presso la University of Arizona per fornire gentilmente i campioni provenienti da collezioni 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 |