Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

ارتفاع الضغط واحد كريستال حيود في مقصف ^ 2

doi: 10.3791/54660 Published: January 16, 2017

Summary

في هذا التقرير، وصفنا الإجراءات التفصيلية لتنفيذ تجارب حيود الأشعة السينية الكريستال واحدة مع خلية الماس سندان في GSECARS 13-BM-C خط الأشعة في مصدر فوتون متقدمة. وتستخدم برامج ATREX وRSV لتحليل البيانات.

Abstract

في هذا التقرير وصفنا الإجراءات التفصيلية لتنفيذ تجارب حيود الأشعة السينية الكريستال واحدة مع خلية الماس سندان (DAC) في GSECARS 13-BM-C خط الأشعة في مصدر فوتون متقدمة. برنامج لجنة المساعدة الإنمائية في 13-BM-C هو جزء من الشراكة من أجل المتطرفة Xtallography (PX ^ 2) مشروع. ينصح BX-90 نوع DACS مع نوع مخروطي سندان الماس ودعم لوحات لهذه التجارب. يجب أن يتم تحميل حجرة العينة مع الغازات النبيلة للحفاظ على البيئة الضغط الهيدروستاتيكي. يتم محاذاة العينة إلى مركز دوران مقياس الزوايا الحيود. يتم معايرة للكشف عن منطقة MARCCD مع نمط مسحوق الحيود من مختبر 6. ويتم تحليل عينة قمم الحيود مع برنامج حاسوبي ATREX، ومن ثم يتم فهرستها مع برنامج حاسوبي RSV. يستخدم RSV لصقل مصفوفة UB من الكريستال واحد، ومع هذه المعلومات وظيفة ذروة التنبؤ، والمزيد من قمم الحيود يمكن أن يكون موجودا. ممثلالبيانات الكريستال واحد الحيود من omphacite (كا 0.51 نا 0.48) (0.44 مغ آل 0.44 الحديد 2+ 0.14 الحديد 3+ 0.02) سي تم جمع 2 O 6 العينة. تحليل البيانات أعطى شعرية أحادي مع P2 / مجموعة الفضاء ن عند 0.35 جيغا، وعثر على المعلمات شعرية لتكون: = 9.496 ± 0.006 Å، ب = 8.761 ± 0.004 A، C = 5.248 ± 0.001 Å، β = 105.06 ± 0.03º، α = γ = 90º.

Introduction

واحد الكريستال حيود الأشعة السينية هي واحدة من أكثر الطرق كفاءة وراسخة لتحديد التركيب الكيميائي وهيكل من مادة بلورية في ظروف تجريبية مختلفة. في الآونة الأخيرة كانت هناك عدد 1-5 من التطورات في ارتفاع ضغط حيود الكريستال واحد. الضغط هو واحد من العوامل الرئيسية التي تؤثر على سلوك وخصائص الأرض والمواد الكواكب. تجارب الضغط العالي تكشف بشكل روتيني الكريات البيضاء جديدة من المواد الشائعة ويمكن الكشف عن طرق لتجميع المواد الكيميائية التي يستحيل أن يجعل في الظروف المحيطة. مؤخرا، تم تحديد عدد من الكريات البيضاء سيليكات جديدة مع الضغط العالي حيود الكريستال واحد، والتي توفر رؤية جديدة للخصائص عباءة الأرض 6-8.

مختلفة من الحيود الكريستال واحد في الضغط الجوي، وارتفاع الضغط واحد الكريستال الحيود يتطلب أوعية الضغط لتوليد والحفاظ على الضغط أثناء جمع البيانات. وعاء الضغط الأكثر شيوعا في ارتفاع ضغط حيود الكريستال واحد هي الخلية الماس سندان (DAC)، التي تتكون من زوج من سندان الماس يجمعها معا طوقا إطار معدني / المعادن، وضغط يحيل المتوسطة لتوفير الهيدروستاتيكي البيئة في حجرة العينة 4،9-11. الكريستال الحيود واحد باستخدام خلية الماس سندان يختلف عن الحيود في الظروف المحيطة في عدة طرق هامة. أولا، يتم تقليل تغطية مساحة المتبادل بشكل كبير نظرا لمحدودية الأشعة السينية وصول الزاوي من خلال الجسم من لجنة المساعدة الإنمائية ودعم لوحات. ثانيا، امتصاص تعتمد على زاوية من الأشعة السينية التي كتبها الماس ودعم لوحات يجب أن تحدد وتستخدم لتصحيح إشارة الحيود بحيث العوامل بنية دقيقة يمكن حسابها. الثالث، أي تداخل في إشارة حيود العينة مع مبعثر أو الحيود من المكونات لجنة المساعدة الإنمائية، مثل الماس، وحشية وtransmittin الضغطز المتوسطة، ويجب القضاء عليها. رابعا، التوفيق بين العينة في لجنة المساعدة الإنمائية لوسط مقياس الزوايا أمر صعب. اتجاه عمودي على محور حمولة من لجنة المساعدة الإنمائية يتم حظر دائما طوقا، وليس في متناول أي المجهر الضوئي أو شعاع الأشعة السينية. في الاتجاه المحوري، يمكن المجهر الضوئي تصور فقط صورة النازحين من العينة بسبب ارتفاع مؤشر الانكسار من الماس. تتطلب هذه الاختلافات اختراع الكريستال واحد أساليب جديدة لقياس حيود الضغط العالي.

الشراكة من أجل المتطرفة Xtallography (PX ^ 2) المشروع هو مبادرة بحثية جديدة مخصصة لارتفاع ضغط حيود الكريستال واحد مع DACS. واستضاف المشروع في GeoSoilEnviroCARS محطة التجريبية 13-BM-C في وكالة الأنباء الجزائرية، التي تنص على معظم البنية التحتية بما في ذلك أجهزة الكشف، وتركز الأشعة السينية و6-دائرة الثقيلة ديفراكتوميتر 12،13 الأمثل لمجموعة متنوعة من البلورات experime المتقدمةاليلة. وديفراكتوميتر ديه ست درجات الزاوي الحرية وأربعة عينة توجيه (μ، η، χ وφ) واثنين من كشف عن توجيه (δ وυ). وتستخدم الاتفاقيات الزاوي من أنت 13 إلى وصف حركة العينة وكاشف، على الرغم من أن η، χ والاقتراحات φ هم زوايا الزائفة المستمدة من المحركات الحقيقية كابا الهندسة الصك. وقد تم تحسين الإجراءات التجريبية لارتفاع ضغط حيود الكريستال واحد مع DACS، ولقد تم تطوير مجموعة من معالجة البيانات وبرامج تحليل حزم. في هذه المخطوطة، نقدم بروتوكول مفصل لارتفاع ضغط واحدة من الكريستال تجربة حيود نموذجية باستخدام نوع BX-90 لجنة المساعدة الإنمائية كدليل لجمع وتحليل البيانات في مقصف ^ 2.

Protocol

التحضير 1. عينة

ملاحظة: تشمل عملية إعداد نموذج ثلاث خطوات رئيسية: إعداد لجنة المساعدة الإنمائية فارغة، تحميل العينة وتحميل ضغط غاز خامل نقل متوسطة. وقد وصفت إعداد لجنة المساعدة الإنمائية وتحميل عينة بالتفصيل في لافينا وآخرون. وقد وصفت 10، وضغط تحيل تحميل المتوسطة في الأنهار وآخرون. 14 نحن هنا وصف لفترة وجيزة في عملية إعداد عينة نموذجية.

  1. اختيار زوج من الماس المخروطية مع مطابقة دعم لوحات.
    1. تأكد من أن نصائح مسطحة من سندان الماس (culets) متطابقة مع بعضها البعض.
      ملاحظة: قطر culet تعتمد على الضغط أقصى الهدف من التجربة.
    2. تأكد من أن السكن مخروطي من لوحة الدعم يطابق شكل من الماس مخروطي الشكل. تأكد من أن ذروة الماس، وقطره من الجانب الخلفي من الماس، فتح وز زاوية من لوحة الدعم وزاوية افتتاح DAC متوافقة مع بعضها البعض، وذلك لتحقيق أقصى قدر من الوصول الزاوي للحيود 9،15.
  2. تنظيف الماس ودعم لوحات في حمام بالموجات فوق الصوتية الأسيتون لمدة 3-5 دقيقة. تعيين نظافة بالموجات فوق الصوتية لوضع "سونيك". فحص الماس ودعم لوحات تحت المجهر الضوئي، وإزالة كل الغبار مرئية أو الحطام.
  3. وضع الماس في السكن مخروطي من لوحة الدعم، والتجمع في رقصة المتزايدة.
  4. تطبيق بضع كيلوغرامات من الحمل إلى الماس مع مسامير ضغط، بحيث يكون في اتصال حميم مع لوحة الدعم. ثم، وتطبيق حوالي 0.1 غرام من الايبوكسي حول محيط الخارجي من الماس. تسخين التجمع إلى 70 درجة مئوية لمدة 8 ساعات لعلاج الايبوكسي.
  5. تنظيف المناطق الداخلية من لجنة المساعدة الإنمائية، والجانب الخلفي من دعم لوحات وculets من الماس مع الأسيتون، ووضع لوحات دعم مع الماس في لجنة المساعدة الإنمائية.
  6. موقف قابل للتعديلر مواقف الماس مع مجموعة البراغي التي تحمل لوحة الدعم في مكان، بحيث culets سندان متحدة المركز عندما تأتي اثنين من الماس معارضة في اتصال.
  7. تحقق زاوية الميل بين culets اثنين تبحث عن هامش تدخل تحت المجهر الضوئي. ضبط زاوية الميل للالماس التي كتبها صقل حمولة من مجموعة مسامير، بحيث يتم التقليل من عدد من هامش 10.
  8. ضع قطعة من 250 ميكرون الرنيوم سميكة (إعادة) رقائق معدنية بين اثنين من الماس، وإصلاحه في مكان مع الشمع.
    ملاحظة: هذه إعادة أعمال احباط كما طوقا من لجنة المساعدة الإنمائية.
  9. تطبيق الحمل بشكل موحد وببطء من خلال تشديد أربعة مسامير ضغط من لجنة المساعدة الإنمائية، ورصد تغير سمك طوقا رد مع ميكرومتر عن طريق قياس سمك الكلي للجمعية لجنة المساعدة الإنمائية.
  10. عندما سمك طوقا رد غير ~ 40 ميكرون، وإزالة حمولة من مسامير ضغط ببطء، وإخراج طوقا قبل بادئة.
  11. استخدام لاسإيه آلة طحن لحفر حفرة في وسط ما قبل تسنن، قطرها 2/3 على الأقل من قطر culet. محاذاة طوقا مع المجهر الضوئي، وتعيين قطر تهدف من الحفرة حشية في واجهة المستخدم آلة طحن الليزر. اضغط على زر "مسح" لحفر حفرة.
  12. نقع طوقا حفر في الأسيتون وتنظيفه مع نظافة بالموجات فوق الصوتية في الوضع العادي. تنظيف culets من الماس مع الأسيتون. وضع الجزء الخلفي طوقا حفر في لجنة المساعدة الإنمائية.
    ملاحظة: ثقب في طوقا بمثابة حجرة العينة.
  13. ضع عينة الكريستال واحدة في مركز الثقب حشية، والتي ينبغي أن تكون وسط culet الماس.
    ملاحظة: حجم العينة الأمثل هو 20 ميكرومتر × 20 ميكرون × 5 ميكرون (طول × عرض × سماكة).
  14. وضع المجال روبي صغير (~ 10 ميكرون في القطر) على مقربة من العينة.
    ملاحظة: يقدم المجال روبي باعتباره علامة الضغط.
  15. وضع DAC مع عينة داخل رانه ضاغط / GSECARS السفينة تحميل الغاز وتحميل مضغوط الهليوم (هو) أو غاز النيون (ني) إلى أقصى قدر من الضغط من حوالي 25،000 رطل لملء وعاء 14.
  16. زيادة الضغط داخل حجرة العينة لجنة المساعدة الإنمائية من خلال تشديد الخناق ضغط من لجنة المساعدة الإنمائية، ومراقبة الضغط مع روبي مضان 16.

2. جمع البيانات

  1. مكان ~ 1 ملغ مختبر 6 مسحوق في مركز دوران ديفراكتوميتر، وجمع أنماط مسحوق الحيود في عدة مناصب كاشف MARCCD متفاوتة من زاوية δ. جمع أنماط مسحوق الحيود عن طريق النقر على زر "ابدأ" واجهة MARCCD EPICS. استخدام هذا نمط حيود لمعايرة المسافة كشف عن عينة والميل للكشف عن MARCCD 2.
  2. بعد الانتهاء من معايرة للكشف، وإزالة معيار مختبر 6 من ديفراكتوميتر. وضع لجنة المساعدة الإنمائية في صاحب العينة، ووضعها على المرحلة عينة ه ديفراكتوميتر ل.
    1. استخدام حامل المشبك من نوع لعقد DACS المحيطة درجة الحرارة، حامل المشبك من نوع المياه المبردة لDACS ارتفاع في درجة الحرارة، وmicromesh البوليمر التي شنت على رئيس مقياس الزوايا القياسية ACA / IUCr لعقد العينة في الضغط المحيط ودرجة الحرارة.
      ملاحظة: في الخطوات التالية (2،3-2،8)، ويتم تحقيق جميع الضوابط الحركة مع واجهة المستخدم EPICS (EUI).
  3. تدوير محور φ بحيث حجرة العينة هو عمودي على الكاميرا زوم العرض عن طريق تحديد زاوية φ إلى 120 في EUI.
  4. العثور على حجرة العينة مع كاميرا عرض في الحد الأدنى من التكبير لأول مرة. توسيط صورة العينة عن طريق تغيير نموذج X و Y و Z في EUI. التركيز على صورة عينة عن طريق تغيير Z المجهر في EUI، ثم تكبير في أقصى التكبير.
  5. محاذاة صورة حجرة العينة إلى مركز للكاميرا عرض عن طريق تغيير نموذج X و Y و Z في Eواجهة المستخدم. ضبط الموقف عينة على طول محور الكاميرا حتى يتم التركيز (باستخدام تركيز الكاميرا محدد مسبقا لتقدير الموقف من مركز الدوران في هذا الاتجاه). ثم تناوب زاوية φ إلى 90 في EUI بحيث حجرة العينة عمودية على الحادث شعاع الأشعة السينية.
  6. لتصحيح تشريد عينة من وسط الصك على طول محور DAC، مسح موقف لجنة المساعدة الإنمائية في كلا الاتجاهين الأفقي والرأسي عمودي على الحادث الأشعة السينية باستخدام برنامج SCANW، وذلك باستخدام ترجمة الآلية في صلب مقياس الزوايا، في حين جمع شعاع المنقولة بيانات كثافة مع كاشف الضوئي وضعت وراء العينة.
    ملاحظة: يتم تركيب كاشف الضوئي على المحرك بالهواء المضغوط، ويمكن أن تنقل من وإلى شعاع عن بعد من محطة التحكم.
  7. العثور على موقف وسط في المسح كثافة جمعها باستخدام وظيفة "مركز" SCANW الموافق الإرسال القصوى. هذا هو مnter من حجرة العينة.
  8. تدوير العينة باستخدام محور مقياس الزوايا φ بضع درجات باستخدام EUI، وتكرار الفحص الانتقال الرأسي. تكرار الفحص مرتين، في كل من إزاحة φ الإيجابية والسلبية.
  9. حساب الموقف عينة على طول اتجاه الحادث الأشعة السينية مع المعادلة التالية 17
    المعادلة 1
    حيث ΔY هو المسافة على طول اتجاه الحادث الأشعة السينية بأن العينة نزحوا من وسط الصك، Δφ هو التغيير في زاوية φ بين بالاشعة، ΔS س + وΔS X- هي إزاحة الموضعية من انتقال أشعة إكس البيانات الشخصية عند إمالة زاوية φ التي كتبها + Δφ و-Δφ.
    ملحوظة: العديد من تكرار المسح الضوئي يمكن بذلها لتحسين دقة العينة لتحديد المواقع.
  10. بعد محاذاة عينة، وجمع البيانات حيود الكريستال واحدمع البرنامج CCD_DC 1.
    1. في البداية، جمع φ المسح مع الثنائي الضوئي عن طريق النقر على زر "مسح" على البرنامج SCANW لتحديد الحد الأقصى لزاوية فتح وتحديد شكل وظيفي للتأثير امتصاص سندان الماس ودعم لوحات.
    2. بعد φ المسح، إجراء معرفة واسعة φ (حيث يتم ترك كاشف مفتوحة في حين يتم تدوير φ) لتغطية أقصى زاوية الافتتاح ان لجنة المساعدة الإنمائية يسمح، تليها سلسلة من التعرض خطوة φ، والتي تغطي كل 1 °. تنفيذ هذه الخطوة من خلال وضع "مجموعة الكامل" إلى أقصى زاوية الافتتاح، ووضع "عدد من الخطوات" إلى نفس الرقم في البرنامج CCD_DC. جمع المسح φ واسعة في المناصب كاشف مختلفة لتحديد موقف ذراع كشف في الاتجاهات δ وν في البرنامج CCD_DC، وذلك للسماح بالوصول إلى المزيد من قمم الحيود.
      ملاحظة: للحصول على بلورات مع وحدةالخلية أكبر من 10 Å، وجمع 10 ° بمسح خطوة واسعة تغطي نفس النطاق الزاوي ويوصى أيضا. يتم تحديد التعرض مرات من قبل الامتصاص من الماس، وشدة الحيود ملامح من العينة. عادة تحديد وقت التعرض الذي يزيد من شدة قمم الحيود دون التشبع. زمن التعرض النموذجي هو 1-5 ق / °. جمع البيانات نموذجي من الكريستال واحدة في موقف واحد للكشف عن وضغط واحد يستغرق حوالي 30 دقيقة.

تحليل 3. البيانات

ملاحظة: ويتم تحليل البيانات خارج باستخدام ATREX / RSV البرمجيات جناح 2،18. للحصول على شرح مفصل من المبادئ المستخدمة في البرنامج يرجى الاطلاع على عمل ديرا، وآخرون. 2

  1. معالجة ملف معايرة مختبر 6.
    1. فتح مختبر 6 مسحوق صورة الحيود التي تم جمعها في كل موقف كاشف في الصورةoftware. إدخال الطول الموجي للحادث الأشعة السينية (0.434 Å)، ثم اضغط على زر "صقل كال".
      ملاحظة: سوف يقوم البرنامج تلقائيا بحساب المسافة عينة للكشف عن والميل للكشف فيما يتعلق بالحادث شعاع الأشعة السينية. تتم معايرة الكاشف فقط على مواقع للكشف عن ν = 0، δ = 0. وتستخدم الصور المعايرة التي تم جمعها في ν غير الصفر وδ للتحقق من جودة المعايرة.
    2. حفظ الملفات معايرة لكل موقف كاشف عن طريق تحرير إعدادات ν وδ يدويا، عند الضرورة.
      ملاحظة: ATREX مخازن للكشف عن معايرة الملفات .CAL المرتبطة بكل صورة سلسلة. عند فتح صورة، يتحقق البرنامج إذا كان الملف .CAL المرتبطة موجودا. إذا لم يكن، هناك خيار لتحديد هذا الملف.
  2. بعد حفظ المعايرة لجميع المواقف كاشف، إنشاء هذه الجمعيات عن طريق التحقق من "كال تعيين" مربع في البرنامج ATREX، حتى يتسنى للبرنامج سوف نتذكر التي المعايرة للاستخدام.
  3. البحث عن القمم حيود العينة، وتناسب شدة الذروة.
    1. فتح تعرض زاوية واسعة φ في البرنامج. انتقل إلى "بحث" لوحة، والبحث عن قمم الحيود في التعرض زاوية واسعة. حذف المشبعة على قمم الحيود من الماس وقمم الحيود على مقربة من حلقات طوقا إعادة يدويا.
    2. تناسب قمم الحيود للحصول على المناصب وشدة دقيقة بهم. البحث عن القمم حيود العينة لجميع المواقف كاشف عن طريق النقر على زر "الذروة بحث" في مجال البرمجيات، وحفظ جداول ذروة المقابلة عن طريق النقر على زر "حفظ القمم".
  4. إعادة توزيع قمم الحيود "في الفضاء المتبادل.
    1. في البرنامج، افتح الجدول الذروة لموقف واحد للكشف، وصورة واحدة في الفحص خطوة φ، وهوssociated مع نفس موقف كاشف. إذا لم يتم تعيين ملف كاشف المعايرة لهذه السلسلة ملف، حدد الملف .CAL المناسب. انتقل إلى لوحة "مسح"، ثم اضغط على "حساب البروفيسور من الفحص" زر.
      ملاحظة: هذه الخطوة سوف تجد زاوية φ لكل ذروة الانحراف الذي كثافة الذروة هي الأقوى.
    2. حفظ الملف ذروة الجدول الناتج .pks. كرر هذه الخطوة لجميع الصور تناوب واسعة في المناصب كاشف مختلفة.
  5. مؤشر قمم الحيود.
    1. باستخدام برنامج RSV، فتح أول ملف قمة الجدول. استخدام وظيفة "إلحاق" لدمج جميع الجداول ذروة إضافية. استخدام البرنامج المساعد RSV للعثور على مصفوفة UB الأولية لهذا الكريستال ومؤشر قمم الحيود. يقوم البرنامج تلقائيا بالبحث عن مصفوفة UB الأكثر احتمالا.
    2. فتح مصفوفة UB الأولية في RSV عن طريق استيراد ملف .p4p، وصقل مصفوفة UB معد-المباعدة بين كل الذروة الحيود باستخدام زر "حدد ث / D-SPAC". إذا كان يعرف التماثل من الكريستال، وتحديد القيود المناسبة نظام وضوح الشمس.
      ملاحظة: عندما يتقارب صقل، يتم تحديد UB مصفوفة الأمثل والمعلمات شعرية من الكريستال (أ، ب، ج، α، β γ و).
    3. حفظ مصفوفة UB الأمثل كملف .ub.
      ملاحظة: في عملية البحث الذروة الأولية للبرنامج قد غاب عن بعض القمم المنخفضة الحدة التي من شأنها أن تكون ذات قيمة جدا في تحديد هيكل.
  6. للبحث عن هذه القمم في عداد المفقودين تعود إلى البرنامج، وفتح صورة تعرض زاوية واسعة φ (يجب أن يتم تحميل ملف معايرة المرتبطة تلقائيا).
  7. في لوحة "التنبؤ"، افتح مصفوفة UB من الكريستال ومحاكاة نمط حيود. في لوحة "قمم"، ابحث عن قمم الحيود لاحظت، وإزالة (مربع النص التالي القمم غير ملحوظةإلى الزر "الملاحظ" يسمح لتحديد الحد الأدنى بكسل الكثافة داخل منطقة الجزاء المناسب ذروة ما هو مطلوب لالذروة إلى اعتبار "لاحظ"). تناسب المواقف وشدة قمم بالضغط على زر "ذروة صالح"، ثم قم بحفظ الجدول الذروة.
  8. دمج كافة الجداول ذروة توقع في مواقع مختلفة للكشف مع البرنامج RSV باستخدام وظيفة "إلحاق". إذا تم استخدام إعدادات التعرض مختلفة (سرعة دوران في درجة / ثانية)، استخدم عوامل القياس المناسبة عند فتح ملفات .pks جديدة.
  9. تصدير قمة الجدول المدمجة كملف نصي .hkl، والتي يمكن استخدامها لتحسين البنية البلورية مع حزمة البرامج SHELX. إجراءات مفصلة لإجراء هيكل الصقل مع SHELX تم وصفها بشكل جيد في أي مكان آخر 19،20.

Representative Results

وتبين لنا مثال ممثل واحد من ارتفاع ضغط حيود الكريستال واحد على omphacite معدن سيليكات (كا 0.51 نا 0.48) (0.44 مغ آل 0.44 الحديد 2+ 0.14 الحديد 3+ 0.02) سي 2 O 6. تم تحميل عينة omphacite في نوع DAC BX-90 مع Boehler-الماكس (BA) اكتب سندان الماس ودعم لوحات (الشكل 1). امتلأت حجرة العينة مع ضغط الغاز النبيل نقل متوسطة (الهليوم في هذه الحالة) لضمان وجود بيئة الضغط الهيدروستاتيكي. كان الضغط من حجرة العينة 0.35 جيغا، والتي تحددها روبي مضان. كان الانحياز العينة مع مركز دوران مقياس الزوايا حيود (الأرقام 3، 4). نحن معايرة موقف والميل للكشف عن MARCCD في ν = 0، δ = 0 مع مستوى مسحوق مختبر 6 (الشكل 5). خلال التجربة، η، `7؛ وكانت ثابتة μ الزوايا في 0. قمم الحيود من العينة كانت أول تحليلها باستخدام "البحث" وظيفة من البرنامج ATREX (الشكل 6). ثم، تم صقلها المعلمات شعرية ومصفوفة UB من الكريستال واحد omphacite باستخدام برنامج RSV (الشكل 7). مع مصفوفة UB المكرر من الكريستال، تم العثور على المزيد من قمم الحيود باستخدام وظيفة "التنبؤ" من البرنامج (الشكل 8). المعلمات شعرية المكررة من هذا الكريستال واحد omphacite في هذا الضغط هي: أ = 9.496 ± 0.006 Å، ب = 8.761 ± 0.004 A، C = 5.248 ± 0.001 Å، β = 105.06 ± 0.03º، α = γ = 90º (علامة التبويب. 1). تم العثور على وضوح الشمس omphacite أن يكون لها شعرية أحادي في مجموعة الفضاء ف 2 / ن. لدينا المعلمات شعرية المكررة تتفق مع المعلمات شعرية نشرت من omphacite معتركيبة مشابهة الكيميائية وتحت ضغط مماثل: P = 0.449 برنامج العمل العالمي، و= 9.5541 ± 0.0005 Å، ب = 8.7481 ± 0.0007 A، C = 5.2482 ± 0.0003 Å، β = 106.895 ± 0.004º 21.

شكل 1
الشكل 1: مكونات BX-90 DAC الذي يستخدم لارتفاع ضغط حيود الكريستال واحد. (أ) Boehler-الماكس (BA) نوع من أنواع الماس. (ب) إعادة حشية. (ج) نوع BA لوحة دعم؛ (د) نوع BA الماس صقها على نوع BA لوحة دعم؛ (ه) اسطوانة جزء من BX-90 لجنة المساعدة الإنمائية. (و) مكبس جزء من BX-90 لجنة المساعدة الإنمائية. (ز) أعسر (الأسود أكسيد النهاية) واليد اليمنى (النهاية الفولاذ المقاوم للصدأ) ضغط مسامير: (ح) اليد اليمنى ضغط المسمار مع غسالات القرص الربيع؛ ( الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2: صورة مجهر لعينة غرفة DAC قبل وبعد النبيل ضغط الغاز تحيل تحميل المتوسط. بعد ضغط الغاز تحيل تحميل المتوسط، انكمش حفرة حجرة العينة التي كتبها ~ 30٪ في قطر. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل (3): الإعداد التجريبي لارتفاع قبلssure حيود الكريستال واحد في مقصف ^ 2. درجات الزاوي ستة الحرية (μ، η، χ، φ، δ وυ) والاتجاهات متعدية الثلاثة (X، Y و z) وصفت. تدوين لزوايا يتبع اتفاقية الزاوي من أنت 13. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الشكل (4): محاذاة حجرة العينة إلى مركز الدوران. اليسار: مسح حجرة العينة في الاتجاه الأشعة السينية العادية (الأزرق) وφ-التناوب + Δφ (الخضراء) و-Δφ (الحمراء). الحق: الأشعة السينية ملامح انتقال بمسح غرفة عينة في زوايا φ مختلفة. وتستخدم هذه التعويضات من ملامح انتقال الأشعة السينية لحساب تصحيح الموضعية على طول inciden ر اتجاه الأشعة السينية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الرقم 5: معايرة كاشف MARCCD باستخدام برنامج تحليل البيانات. يستخدم مختبر 6 مسحوق نمط حيود لتنفيذ المعايرة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (6)
الشكل 6: حيود ذروة البحث باستخدام برمجيات تحليل البيانات. في مجموع قمم 63 الحيود تم العثور عليها في هذه الصورة التعرض واسعة. ق / ftp_upload / 54660 / 54660fig6large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 7
الرقم 7: الفهرسة قمم الحيود وحساب مصفوفة UB من العينة باستخدام برنامج RSV. تتم فهرسة خارج تلقائيا من قبل البرنامج. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

شكل 8
الرقم 8: توقع قمم الحيود مع برنامج تحليل البيانات. تم العثور على 112 قمم الحيود مع نفس الصورة حيود كما في الشكل (6) باستخدام وظيفة أعلى مستوى في التنبؤ.كوم / ملفات / ftp_upload / 54660 / 54660fig8large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

المعلمة شعرية القيمة
ا 9.496 ± 0.006 Å
ب 8.761 ± 0.004 Å
ج 5.248 ± 0.001 Å
ا 90º
ب 105.06 ± 0.03º
ز 90º

الجدول 1: معلمات شعرية من omphacite (كا 0.51 نا 0.48) (0.44 مغ آل 0.44 الحديد <قوي> 2+ 0.14 الحديد 3+ 0.02) سي 2 O 6 عند 0.35 جيغا. تم العثور على وضوح الشمس omphacite أن يكون لها شعرية أحادي في مجموعة الفضاء ف 2 / ن.

Discussion

في هذا التقرير نقدم لك مجموعة من إجراءات مفصلة لتنفيذ التجارب الكريستال الحيود واحدة مع DACS في خط الأشعة GSECARS 13-BM-C. ينصح BX-90 نوع DACS مع BA-نوع سندان الماس ودعم لوحات لبلورة واحدة من التجارب الحيود 2،9،15. الاستفادة من BX-90 نوع DAC هو الوصول الزاوي على نطاق أوسع مقارنة مع DACS متماثل التقليدية، التي تنص على أخذ العينات فعالة في العديد من القمم حيود 9،15. يصبح الوصول الزاوي واسعة حاسم للعينات مع انخفاض التماثل ومع خلايا أصغر وحدة: فالأول تتطلب المزيد من قمم الحيود لتقييد المعلمات شعرية بدقة، وهذا الأخير يعطي قمم الحيود أقل داخل بمقابلة الزاوي 2. وصول واحدة أكثر الزاوي يصل في التجربة، وأكثر دقة معلمات الموضعية ذرية واحدة يقيس 2،4. تقييد الوصول الزاوي قد يؤدي إلى اثنين من الأبعاد المتبادل ناقل بيانات، ماكجي موثوق تفسير البيانات المستحيل رياضيا 2.

واحدة مهمة، خطوة بعد كثيرا ما يغفل هو اختيار مناسب سيلة انتقال الضغط. على الرغم من وسائل الاعلام ضغط مثل الأرجون، زيت السيليكون أو محلول الميثانول الإيثانول المياه استخدمت في التجارب الكريستال الحيود واحدة السابقة التي لم تتجاوز 10 جيغا 21-23، أصبحت وسائل الإعلام هذه الضغوط بشكل كبير nonhydrostatic بين 5-10 برنامج العمل العالمي 22، ويقلل كثيرا جودة الكريستال خلال الضغط 2،22. لقد كانت تجربتنا العامة التي فقط هو وني نتيجة في التجارب ذات جودة عالية تصل إلى 50 جيغا (على سبيل المثال، تشير 6،7). في وكالة الأنباء الجزائرية، هذه الغازات يمكن تحميلها بسهولة في DACS مع استخدام GSECARS / ضاغط جهاز الغاز التحميل 14. عندما يتم اختياره أو ني باعتبارها وسيلة ضغط، تتقلص حجرة العينة أثناء تحميل الغاز (الشكل 2). وبمجرد أن عينة يمس مباشرة طوقا،فإنه يكسر بسهولة خلال الضغط. لذلك من المهم لحفر حجرة العينة كافية كبيرة، قطرها 2/3 على الأقل من قطر culet، لتجنب الاحتكاك بين العينة وحشية بعد تحميل الغاز.

وأحادية اللون الإعداد حيود الكريستال واحد قائم على السنكروترون في مقصف ^ 2 فريدة من نوعها. مقارنة diffractometers المختبر، ومصدر الأشعة السينية السنكروترون يوفر تدفق أعلى من ذلك بكثير (> 10 4) 4،27،28، مما يحسن بشكل كبير من نسبة الإشارة إلى الضوضاء ويقلل من الوقت لجمع البيانات 4،27،28. كما تستخدم السنكروترون مسحوق أساس الحيود عادة لتحديد هيكل من المواد في الضغوط العالية من خلال نهج ريتفيلد 4. حيود الكريستال واحد لديه المزايا على نهج ريتفيلد، لأنه على فصل تركيب المعلمات شعرية والمعلمات الهيكلية 2،4. مسحوق الحيود مع ريتفيلد المناسب عادة ما يتطلب تركيب كل من خطوط الطول المعلمات تايس والمعلمات الهيكلية في نفس الوقت، في حين أن عدد من الملاحظات مستقلة هو عادة أقل بكثير مما كانت عليه في الكريستال الحيود واحد (4). آخر هيكل موحد طريقة العزم لاو الحيود، والذي يستخدم الأشعة متعدد الألوان مع كاشف مساحتها 4. مقارنة جمع البيانات أحادية اللون في مقصف ^ 2، والحد من البيانات طريقة لاو يتطلب شروطا إضافية بما في ذلك deconvolution التوافقي وتطبيع كثافة، مما يضيف صعوبات إضافية في تحليل البيانات 4،24. أحادية اللون حيود الكريستال واحد هو وسيلة واضحة لحل الهياكل، ومع ذلك لها حدودها الخاصة. مجموعة البيانات المثالي من أحادية اللون حيود الكريستال واحد يتطلب وضوح الشمس من العيوب أقل بحجم عشرات ميكرون، وجودة وضوح الشمس تحتاج إلى الحفاظ على الضغوط العالية. ويمكن لهذه الشروط أن يكون من الصعب تلبية لبعض المعادن غير quenchable، مثل bridgmanite 25.

محتوى "> الوقت حل حيود الكريستال واحد قادر على التقاط دول متبدل الاستقرار وحركية التحول عابرة خلال الضغط الناجم عن التحولات الهيكلية، ويعد واحدا من اتجاهات البحوث المستقبلية لPX ^ 2 26. التوصيف الكمي من العيوب وديناميات شعرية، استنادا إلى تحليل الأشعة السينية نثر منتشر عند ضغوط عالية هي أيضا قيد التطوير في مقصف ^ 2 26. يجري بناء منصة البصرية المدمجة ل-يسخن الليزر ذات الضغط العالي حيود الكريستال واحد، وسوف تمكن المجتمع الأرض العلوم لدراسة السلوك من المواد في ظل ظروف العميقة الأرض 26.

Disclosures

الكتاب تعلن أي تضارب في المصالح.

Acknowledgments

تم تنفيذ هذا العمل في GeoSoilEnviroCARS (قطاع 13)، الشراكة من أجل برنامج المتطرفة البلورات (PX ^ 2)، متقدمة فوتون المصدر (APS)، ومختبر أرغون الوطني. ويدعم GeoSoilEnviroCARS من قبل الوطنية للعلوم علوم مؤسسة من الأرض (EAR-1128799) وزارة الطاقة-علوم الأرض (DE-FG02-94ER14466). ويدعم PX ^ 2 البرنامج ضاغط تحت الاتفاق التعاوني جبهة الخلاص الوطني الأذن 11-57758. وأيد استخدام مصدر فوتون متقدمة من قبل وزارة الطاقة الأمريكية، مكتب العلوم ومكتب للعلوم الأساسية للطاقة، بموجب العقد رقم DE-C02-6CH11357. وأيد استخدام نظام تحميل الغاز ضاغط-GSECARS بواسطة ضاغط تحت الاتفاق التعاوني جبهة الخلاص الوطني الأذن 11-57758 وGSECARS من خلال منحة جبهة الخلاص الوطني EAR-1128799 وزارة الطاقة منح DE-FG02-94ER14466. كما نود أن نشكر داونز البروفيسور RT في جامعة أريزونا لتوفير يرجى من عينات من مجموعات RRUFF.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. Hejny, C., Minkov, V. S. High-pressure crystallography of periodic and aperiodic crystals. IUCrJ. 2, (2), 218-229 (2015).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Dera, P., et al. Metastable high-pressure transformations of orthoferrosilite Fs(82). Phys Earth Planet Inter. 221, 15-21 (2013).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Kantor, I., et al. BX90: A new diamond anvil cell design for X-ray diffraction and optical measurements. Rev Sci Instrum. 83, (12), (2012).
  10. Lavina, B., Dera, P., Meng, Y. Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures. J Vis Exp. (80), (2013).
  11. Miletich, R., Allan, D. R., Kuhs, W. F. High-Pressure Single-Crystal Techniques. Rev Mineral Geochem. 41, (1), 445-519 (2000).
  12. Thorkildsen, G., Mathiesen, R. H., Larsen, H. B. Angle calculations for a six-circle kappa diffractometer. J Appl Crystallogr. 32, 943-950 (1999).
  13. You, H. Angle calculations for a '4S+2D' six-circle diffractometer. J Appl Crystallogr. 32, 614-623 (1999).
  14. 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).
  15. Boehler, R., De Hantsetters, K. New anvil designs in diamond-cells. High Pressure Res. 24, (3), 391-396 (2004).
  16. 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).
  17. 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).
  18. ATREX: IDL code for single crystal XRD data processing. Available from: https://github.com/pdera/GSE_ADA (2016).
  19. Refinement tutorial. Available from: https://github.com/pdera/GSE_ADA/blob/master/Documentation/Refinement%20tutorial.pdf (2016).
  20. Sheldrick, G. M. A short history of SHELX. Acta Crystallographica Section A. 64, 112-122 (2008).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Tschauner, O., et al. Discovery of bridgmanite, the most abundant mineral in Earth, in a shocked meteorite. Science. 346, (6213), 1100-1102 (2014).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Merlini, M., Hanfland, M. Single-crystal diffraction at megabar conditions by synchrotron radiation. High Pressure Res. 33, (3), 511-522 (2013).
ارتفاع الضغط واحد كريستال حيود في مقصف ^ 2
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zhang, D., Dera, P. K., Eng, P. J., Stubbs, J. E., Zhang, J. S., Prakapenka, V. B., Rivers, M. L. High Pressure Single Crystal Diffraction at PX^2. J. Vis. Exp. (119), e54660, doi:10.3791/54660 (2017).More

Zhang, D., Dera, P. K., Eng, P. J., Stubbs, J. E., Zhang, J. S., Prakapenka, V. B., Rivers, M. L. High Pressure Single Crystal Diffraction at PX^2. J. Vis. Exp. (119), e54660, doi:10.3791/54660 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter