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Chemistry

Alta Pressão Único Difração de Cristal no PX ^ 2

doi: 10.3791/54660 Published: January 16, 2017

Summary

Neste relatório, nós descrevemos os procedimentos detalhados para a realização de experimentos de difração de cristal único de raios-X com uma bigorna de diamante na GSECARS de 13 BM-C beamline na Advanced Photon Source. programas Atrex e RSV são usados ​​para analisar os dados.

Abstract

Neste relatório nós descrevemos procedimentos detalhados para a realização de experimentos de difração de cristal único de raios-X com uma bigorna de diamante (DAC) na GSECARS de 13 BM-C beamline na Advanced Photon Source. O programa DAC em 13-BM-C faz parte da Parceria para a extrema Xtallography (^ 2 PX) projeto. Tipo BX-90 DACs com o tipo cónico bigornas de diamante e placas de apoio são recomendados para estas experiências. A câmara da amostra deve ser carregado com gás nobre para manter um ambiente de pressão hidrostática. A amostra é alinhado com o centro de rotação do goniómetro de difracção. O detector de área MARCCD é calibrado com um padrão de difracção de pó de LaB 6. Os picos de difracção de amostra são analisados ​​com o programa de software Atrex, e são então indexados com o programa de software de RSV. RSV é usado para refinar a matriz UB do único cristal, e com esta informação e a função de previsão de pico, mais picos de difracção pode ser localizado. Representantedados único cristal de difração de um onfacita (Ca 0,51 Na 0,48) (Mg 0,44 Al 0,44 Fe 2+ 0,14 Fe 3+ 0,02) Si 2 O 6 amostras foram coletadas. Análise dos dados deram um reticulado monoclínico, grupo espacial P2 / n de 0,35 GPa, e os parâmetros de reticulação revelaram-se: a = 9,496 ± 0,006 Â, b = 8,761 ± 0,004 Â, c = 5,248 ± 0,001 Â, β = 105,06 ± 0.03º, α = γ = 90º.

Introduction

cristal único de difracção de raios X é uma das maneiras mais eficientes e bem estabelecidos para determinar a composição química e estrutura de um material cristalino em diferentes condições experimentais. Recentemente, tem havido um número 1-5 da evolução de alta pressão difração de cristal único. A pressão é um dos principais fatores que influenciam o comportamento e propriedades de terra e materiais planetários. experimentos de alta pressão rotineiramente revelar novos polimorfos de materiais comuns e pode descobrir maneiras de sintetizar produtos químicos que são impossíveis de fazer em condições ambientais. Recentemente, vários novos polimorfos de silicato foram identificados com a alta pressão difração de cristal único, que proporcionam uma nova visão sobre as propriedades do manto da Terra 6-8.

Diferente de difracção de um único cristal, à pressão atmosférica, de difracção de alta pressão único cristal requer um recipiente de pressão para gerar emanter a pressão durante a coleta de dados. O vaso de pressão mais comum, utilizado em alta pressão de difracção de cristal único é a bigorna de diamante (DAC), o qual é composto de um par de bigornas de diamante realizada em conjunto por uma junta de moldura de metal / metal, e a uma pressão transmitir meio para fornecer um hidrostática ambiente na câmara de amostra 4,9-11. difração de cristal único usando uma bigorna de diamante difere de difração em condições ambientais em vários aspectos importantes. Em primeiro lugar, a cobertura de espaço recíproco é significativamente reduzido devido ao acesso angular de raios X limitado através do corpo do DAC e as placas de apoio. Em segundo lugar, a absorção dependente do ângulo de raios-X por os diamantes e placas de apoio deve ser determinada e utilizada para corrigir o sinal de difracção de modo que os factores de estrutura precisas podem calculado. Em terceiro lugar, qualquer sobreposição de sinal de difração da amostra com dispersão ou de difração dos componentes do DAC, como os diamantes, junta e transmittin pressãog forma, deve ser eliminado. Em quarto lugar, alinhando a amostra no DAC para o centro do goniómetro é difícil. A direcção perpendicular ao eixo de carga do DAC é sempre bloqueada por a junta de vedação, e não está acessível, quer ao microscópio óptico ou o feixe de raios-X. Na direcção axial, o microscópio óptico só pode visualizar uma imagem deslocada da amostra devido ao elevado índice de refracção do diamante. Estas diferenças exigem a invenção de novas único cristal métodos de medição de difracção de alta pressão.

A Parceria para a extrema Xtallography (^ 2 PX) projeto é uma nova iniciativa de pesquisa dedicado à alta pressão difração de cristal único com DACs. O projeto está hospedado no GeoSoilEnviroCARS Estação Experimental de 13 BM-C na APS, que fornece a maior parte da infra-estrutura, incluindo detectores, focado raios-X e uma 6-circle pesados difractómetro 12,13 otimizado para uma variedade de experime cristalografia avançadaNTS. O difractómetro tem seis graus de ângulo de liberdade, quatro amostra-orientador (μ, η, × e φ) e dois detector-orientadores (ô e umax). As convenções angulares de Você 13 são usados para descrever o movimento da amostra eo detector, embora a η, χ e os movimentos & Phi são pseudo-ângulos derivadas de motores reais geometria kappa do instrumento. Os procedimentos experimentais foram otimizadas para alta pressão difração de cristal único com DACs, e um conjunto de pacotes de processamento de dados e software de análise tem sido desenvolvido. Neste artigo, apresentamos um protocolo detalhado para uma alta pressão experimento de difração de cristal único típica usando o tipo BX-90 DAC 9, como um guia para a recolha e análise de dados a PX ^ 2.

Protocol

Preparação 1. Amostra

NOTA: O processo de preparação da amostra inclui três etapas principais: Preparação da DAC vazio, carregando a amostra e que carregam a pressão do gás inerte transmissão médio. DAC preparação e carregamento da amostra ter sido descrito em detalhe em Lavina et ai. 10, e a pressão de carga transmitir meio tem sido descrito em Rios et ai. 14 Aqui nós descrevemos brevemente o processo típico de preparação de amostras.

  1. Selecione um par de diamantes cónicas combinando com placas de apoio.
    1. Certifique-se de que as pontas planas das bigornas de diamante (culets) são idênticos uns aos outros.
      NOTA: O diâmetro da zona de ligação depende da pressão máxima alvo do experimento.
    2. Assegure-se que a carcaça cónica da placa de apoio coincide com a forma do diamante cónico. Assegure-se que a altura do diamante, o diâmetro do lado de trás do diamante, a abertug ângulo da placa de apoio e o ângulo de abertura do DAC são compatíveis uns com os outros, de modo a maximizar o acesso angular para difracção de 9,15.
  2. Limpe os diamantes e placas de apoio em um banho de ultra-sons acetona para 3-5 min. Defina o limpador ultra-sônico para o modo de "Sonic". Examinar os diamantes e placas de apoio sob um microscópio óptico, e remover toda a poeira visível ou detritos.
  3. Coloque o diamante na caixa cónica da placa de apoio, e o conjunto em um gabarito de montagem.
  4. Aplique algumas kg de carga para o diamante com parafusos de compressão, de modo que ele está em contacto íntimo com a placa de apoio. Em seguida, aplicam-se cerca de 0,1 g de epóxi em torno da circunferência exterior do diamante. Aquece-se a montagem a 70 ° C durante 8 h para curar o epoxi.
  5. Limpar o interior do DAC, o lado de trás das placas de apoio e os culets dos diamantes com acetona, e colocar as placas de apoio com diamantes no DAC.
  6. Adjust as posições dos diamantes com parafusos que seguram a placa de apoio no lugar, de modo que os culets bigorna são concêntricos quando os dois diamantes opostas entram em contacto.
  7. Verifique o ângulo de inclinação entre os dois culets à procura de franjas de interferência em microscópio óptico. Ajustar o ângulo de inclinação dos diamantes por afinar a carga dos parafusos de ajuste, de modo que o número de franjas 10 é minimizado.
  8. Coloque um pedaço de 250 mm folha de metal rênio de espessura (Re) entre os dois diamantes, e corrigi-lo no lugar com cera.
    NOTA: Esta película Re age como a junta da DAC.
  9. Aplicar carga uniformemente e, lentamente, apertando os quatro parafusos de compressão do DAC, e controlar a mudança de espessura da junta Re com um micrómetro medindo a espessura total do conjunto DAC.
  10. Quando a espessura da junta de vedação Re é ~ 40 uM, remover a carga dos parafusos de compressão lentamente, e retirar o anel de vedação pré-recortado.
  11. Use a laser fresadora para perfurar um orifício no centro da pré-recuo, cujo diâmetro é de pelo menos 2/3 do diâmetro da zona de ligação. Alinhe a junta com um microscópio óptico, e definir o diâmetro pretendido para o buraco junta na interface do usuário fresadora laser. Pressione o botão "Scan" para fazer o furo.
  12. Mergulhe a junta perfurado em acetona e limpe-o com um limpador ultra-sônico no modo normal. Limpe os culets dos diamantes com acetona. Coloque a volta junta perfurado na DAC.
    NOTA: O orifício da junta de vedação serve como a câmara de amostras.
  13. Colocar uma única amostra de cristal no centro do orifício da junta, que também deveria ser o centro da zona de ligação de diamantes.
    NOTA: O tamanho óptimo da amostra é de 20 um x 20 um x 5 mm (comprimento x largura x espessura).
  14. Coloque uma esfera de rubi pequena (~ 10 m de diâmetro) perto da amostra.
    NOTA: A esfera de rubi serve como marcador de pressão.
  15. Coloque o DAC com a amostra dentro tele COMPRES / GSECARS navio de carga de gás e da carga de hélio comprimido (He) ou gás neon (Ne) para uma pressão máxima de cerca de 25.000 psi para encher o recipiente 14.
  16. Aumentar a pressão no interior da câmara de amostra DAC, apertando os parafusos de compressão do DAC, e monitorar a pressão com fluorescência de rubi 16.

2. Coleta de Dados

  1. Ponto ~ 1 mg de pó de Laboratório 6 no centro de rotação do difractómetro e recolher padrões de difracção de pó em várias posições diferentes de detectores MARCCD pelo ângulo δ. Recolher os padrões de difracção de clicando no botão "Iniciar" da interface MARCCD EPICS. Utilizar este padrão de difracção para calibrar a distância detector de amostra e o detector de inclinação do MARCCD 2.
  2. Depois de completar a calibração do detector, remova o laboratório padrão de 6 a partir do difratômetro. Coloque o DAC no porta-amostras, e colocá-lo no thestágio da amostra e do difratômetro.
    1. Use um suporte do tipo grampo para segurar DACs ambientais de temperatura, um porta-tipo braçadeira refrigerado a água para DACs de alta temperatura, e micromesh polímero montados sobre uma cabeça goniometer padrão ACA / IUCr para manter uma amostra à pressão atmosférica e temperatura.
      NOTA: Nos passos seguintes (2,3-2,8), todos os controles de movimento são alcançados com a interface do usuário EPICS (EUI).
  3. Rodar o eixo φ de modo que a câmara da amostra é perpendicular ao zoom câmara de visualização, definindo o ângulo φ a 120 na IUE.
  4. Encontre o compartimento de teste com a câmera de visualização na ampliação mínima em primeiro lugar. Centro da imagem da amostra, alterando a amostra X, Y e Z da IUE. Focar a imagem da amostra, alterando o Z microscópio no EUI, e, em seguida, aumentar-se para a ampliação máxima.
  5. Alinhar a imagem da câmara de amostras para o centro da câmara visualização alterando a amostra X, Y e Z no EUI. Ajustar a posição da amostra ao longo do eixo da câmara até que esteja em foco (usando um foco da câmara de pré-determinado para estimar a posição do centro de rotação neste sentido). Em seguida rodar o ângulo φ a 90 na EUI de modo que a câmara da amostra é perpendicular ao feixe de raios-X incidente.
  6. Para corrigir o deslocamento da amostra a partir do centro do instrumento ao longo do eixo do DAC, digitalizar a posição DAC em ambas as direcções horizontal e vertical perpendicular ao raios-X incidente utilizando o software scanw, utilizando as traduções motorizados incorporadas no goniómetro, durante a recolha de feixe transmitido dados de intensidade com um detector de fotodiodo colocado por detrás da amostra.
    NOTA: O detector de fotodiodo é montado num actuador pneumático e podem ser movidos para dentro e para fora do feixe remotamente a partir da estação de controle.
  7. Encontrar a posição central na digitalização intensidade recolhidos usando a função "centro" da a scanw, correspondendo a transmissão máxima. Este é o center da câmara de amostra.
  8. Rode a amostra usando o eixo do goniômetro φ em alguns graus usando o EUI, e repita a digitalização da transmissão vertical. Repita duas vezes a verificação, em ambas as compensações & Phi positivos e negativos.
  9. Calcular a posição da amostra ao longo da direção do raio X do incidente com a seguinte equação 17
    equação 1
    Onde Ay é a distância ao longo da direcção do raio-X do incidente que a amostra é deslocado do centro do instrumento, Δφ é a variação no ângulo φ entre as verificações, Ds X + e Ds X- são os desvios posicionais de transmissão de raios-X perfil quando o ângulo φ é inclinado por + Δφ e -Δφ.
    NOTA: várias iterações de scans podem ser feitas para melhorar a precisão do posicionamento da amostra.
  10. Depois de alinhar a amostra, recolher os dados de difracção de cristal únicocom o software CCD_DC 1.
    1. Na primeira, coletar uma φ-scan com um fotodiodo, clicando no botão "Scan" no software a scanw para determinar o ângulo máximo de abertura e determinar a funcional-forma do efeito de absorção das bigornas de diamante e placas de apoio.
    2. Após a φ-scan, realizar uma ampla exposição φ (durante o qual o detector for deixada aberta enquanto φ é girado) para cobrir o ângulo de abertura máxima que o DAC permite, seguido por uma série de exposições passo & Phi, cada uma cobrindo 1 °. Realizar este passo, definindo o "alcance total" para o ângulo máximo de abertura, e definindo o "Número de passos" para o mesmo número no software CCD_DC. Recolha de largura varreduras & Phi em diferentes posições do detector, indicando a posição do braço detector nas direcções ô e v em CCD_DC o software, de modo a permitir o acesso a mais picos de difracção.
      NOTA: Para cristais com uma unidadecélula maior do que 10 A, coleção de 10 ° scans da etapa de largura, cobrindo o mesmo intervalo angular também é recomendado. Os tempos de exposição são determinadas pela absorção a partir do diamante, e a intensidade de difracção de características da amostra. Normalmente seleccionar o tempo de exposição que maximiza as intensidades dos picos de difracção sem saturação. Um tempo de exposição típico é de 1-5 S / °. coleta de dados típica de um cristal em uma posição detector e uma pressão leva cerca de 30 min.

Análise 3. Dados

NOTA: A análise dos dados é realizada utilizando o pacote de software Atrex / RSV 2,18. Para uma explicação detalhada dos princípios utilizados no software, por favor ver a obra de Dera, et ai. 2

  1. Processar o arquivo de calibração Laboratório 6.
    1. Abra a imagem de difração 6 pó LaB coletados em cada posição detector nos software. Introduza o comprimento de onda dos raios-X incidentes (0,434 A), e pressione o botão "refinar Cal".
      NOTA: O software calcula automaticamente a distância amostra-detector e a inclinação do detector em relação ao feixe de raio-X incidente. calibração do detector é apenas realizada em posições detector ν = 0, δ = 0. As imagens de calibração recolhidos a ν diferente de zero e δ são utilizados para a verificação da qualidade de calibração.
    2. Salve os arquivos de calibração para cada posição detector editando manualmente as configurações v e ô, conforme necessário.
      NOTA: arquivos .CAL Atrex detector lojas de calibração associados a cada série de imagens. Ao abrir uma imagem, o programa verifica se o arquivo CAL associado estiver presente. Se não for, há a opção de seleccionar um ficheiro desse tipo.
  2. Depois de salvar as calibrações para todas as posições do detector, criar estas associações, marcando a caixa de seleção "cal Assign" no software Atrex, De modo que o programa vai se lembrar que as calibrações de usar.
  3. Procurar picos de difração da amostra, e se encaixam as intensidades de pico.
    1. Abra a exposição grande angular φ no software. Ir para o painel "Pesquisar", e procurar os picos de difração na exposição grande angular. excluir manualmente os picos de difração-mais saturado do diamante e os picos de difracção de perto os anéis de vedação Re.
    2. Encaixe os picos de difração para obter as suas posições precisas e intensidades. Pesquisar por picos de difração da amostra para todas as posições do detector clicando no botão "pesquisa de pico" no software, e salvar as tabelas de pico correspondentes clicando no botão "salvar picos".
  4. Reconstruir a distribuição dos picos de difracção no espaço recíproco.
    1. No programa, abrir a tabela de pico para uma posição de detecção, e uma imagem na verificação passo φ, que é umssociated com a mesma posição do detector. Se o arquivo de calibração detector ainda não foi atribuído a esta série de arquivo, selecione o arquivo CAL apropriada. Ir para o painel "Scan" e pressione a tecla "computar Prof. da verificação" botão.
      NOTA: Este passo irá encontrar o ângulo φ para cada pico de difracção em que a intensidade de pico é o mais forte.
    2. Salvar arquivo da tabela de pico resultante .pks. Repita este passo para todas as imagens de rotação de largura em diferentes posições do detector.
  5. Índice os picos de difracção.
    1. Usando o software VRS, abrir o primeiro arquivo da tabela de pico. Use a função "Anexar" para mesclar todas as tabelas de pico adicionais. Use o plugin RSV para encontrar a matriz preliminar UB deste cristal e para indexar os picos de difração. O software procura automaticamente a matriz UB mais provável.
    2. Abra a matriz UB preliminar no RSV importando o arquivo .p4p, e refinar a matriz de UB com od-espaçamento de cada pico de difração utilizando o botão "Limitar d-SPAC / w". Se a simetria do cristal é conhecida, seleccionar as limitações do sistema de cristal apropriados.
      Nota: Quando o refinamento converge, a matriz UB optimizado e os parâmetros de rede do cristal (a, b, c, α, β e γ) são determinados.
    3. Salve a matriz UB otimizado como um arquivo .ub.
      NOTA: No processo de pesquisa inicial de pico o programa poderia ter perdido alguns picos de baixa intensidade que será muito valioso na determinação da estrutura.
  6. Para procurar esses picos ausentes voltar para o software, e abrir a imagem de exposição a grande angular φ (o arquivo de calibragem associado devem ser carregados automaticamente).
  7. No painel "prever", abrir a matriz UB do cristal e simular o padrão de difracção. No painel "picos", procurar os picos de difração observados, e remover os picos não observadas (caixa de texto próximapara o botão de "observado" permite especificar o limiar mínimo de intensidade de pixel dentro da caixa de montagem do pico que é necessário para o pico deve ser considerado "observados"). Encaixe as posições e intensidades dos picos, clicando no botão "ajuste de pico", em seguida, salvar a tabela de pico.
  8. Mesclar todas as tabelas de pico previstos em diferentes posições do detector com o software VRS usando a função "anexar". Se foram utilizados ajustes de exposição diferentes (velocidade de rotação em ° / seg), usar fatores de escala apropriados ao abrir novos arquivos .pks.
  9. Exportar a tabela de pico resultante da concentração como um ficheiro de texto .hkl, que pode ser utilizado para refinar a estrutura de cristal com o pacote de software SHELX. Os procedimentos detalhados para a realização de refinamento da estrutura com SHELX têm sido bem descrito em outros lugares 19,20.

Representative Results

Mostramos um exemplo representativo de alta pressão difração de cristal único no onfacita mineral de silicato (Ca 0,51 Na 0,48) (Mg 0,44 Al 0,44 Fe 2+ 0,14 Fe 3+ 0,02) Si 2 O 6. A amostra foi carregada na onfacita um tipo DAC BX-90 com Boehler-Almax (BA) tipo bigornas de diamante e placas de apoio (Figura 1). A câmara da amostra foi cheio com uma pressão de gás nobre-transmitir médio (hélio, neste caso) para assegurar um ambiente de pressão hidrostática. A pressão da câmara de amostras foi de 0,35 GPa, determinado por fluorescência de rubi. A amostra foi alinhado com o centro da rotação do goniómetro de difracção (Figuras 3, 4). Nós calibrado a posição e inclinação do detector MARCCD em ν = 0, δ = 0 com um padrão em pó LaB 6 (Figura 5). Durante o experimento, η, `7; e u ângulos foram fixadas em 0. Os picos de difracção de amostra foram primeiramente analisados usando a função de "Busca" do software Atrex (Figura 6). Em seguida, os parâmetros de rede e a matriz UB do cristal único onfacita foram refinadas utilizando o software de RSV (Figura 7). Com a matriz UB refinado do cristal, mais picos de difracção foram encontrados utilizando a função "prever" do software (Figura 8). Os parâmetros de rede refinados deste único cristal onfacita a esta pressão são: a = 9,496 ± 0,006 Å, b = 8,761 ± 0,004 A, C = 5,248 ± 0,001 Å, β = 105,06 ± 0.03º, α = γ = 90º (Tab. 1). O cristal onfacita verificou-se ter uma estrutura monoclínica no grupo espacial P 2 / N. Os nossos parâmetros de rede refinados são consistentes com os parâmetros de rede de publicados com um onfacitacomposição química similar e a uma pressão semelhante: P = 0,449 GPa, a = 9,5541 ± 0,0005 Â, b = 8,7481 ± 0,0007 A, C = 5,2482 ± 0,0003 Â, β = 106,895 ± 0.004º 21.

figura 1
Figura 1: Componentes do BX-90 DAC, que é usado para alta pressão difração de cristal único. (A) Boehler-Almax (BA) Tipo de diamante; (B) junta Re; Placa de apoio (c) Tipo BA; (D) do tipo BA, de diamantes colados no tipo BA placa de apoio; (E) parte do cilindro do BX-90 do CAD; (F) parte pistão do BX-90 do CAD; (G) canhoto (acabamento preto óxido) e (acabamento em aço inoxidável) com a mão direita parafusos de compressão: (h) dos parafusos de compressão com a mão direita com arruelas de disco; ( Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2
Figura 2: imagem Microscópio da câmara de amostra DAC antes e depois de pressão do gás nobre transmissão de carregamento médio. Depois de a pressão do gás a transmissão de carga média, o furo câmara de amostra encolheu em ~ 30% em diâmetro. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3
Figura 3: Instalação experimental para a alta pressure difração de cristal único no PX ^ 2. Os seis graus de liberdade angular (μ, η, χ, φ, δ e υ) e as três direcções de translação (x, y e z) são rotulados. A notação para ângulos segue a convenção angular de você 13. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4
Figura 4: Alinhar a câmara de amostra para o centro de rotação. Esquerda: scans câmara de amostra na direção de raios-X normal (azul) e φ-rotação por + Δφ (verde) e -Δφ (vermelho). Direita: perfis de transmissão de raios-X dos scans câmara de amostras em diferentes ângulos & Phi. Os deslocamentos dos perfis de transmissão de raios-X são usados ​​para calcular a correcção de posição ao longo da inciden t direção de raios-X. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5
Figura 5: Calibração do detector MARCCD usando o software de análise de dados. LaB 6 pó padrão de difracção é usado para realizar a calibração. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6
Figura 6: Difracção de busca de pico utilizando o software de análise de dados. No total, os picos de difração 63 foram encontrados nesta imagem ampla exposição. s / ftp_upload / 54660 / 54660fig6large.jpg "target =" _ blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 7
Figura 7: Indexação dos picos de difracção e o cálculo da matriz de UB da amostra, utilizando o software de RSV. A indexação é efectuado automaticamente pelo software. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 8
Figura 8: Prevendo os picos de difracção com o software de análise de dados. 112 picos de difracção foram encontrados com a mesma imagem de difracção como na Figura 6 utilizando a função de pico de predição.com / files / ftp_upload / 54660 54660fig8large.jpg "target =" / _ blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

parâmetro de rede Valor
uma 9,496 ± 0,006 Å
b 8,761 ± 0,004 Å
c 5,248 ± 0,001 Å
uma 90º
b 105,06 ± 0.03º
g 90º

Tabela 1: Parâmetros de rede de onfacita (Ca 0,51 Na 0,48) (Mg 0,44 Al 0,44 Fe <forte> 2+ 0,14 Fe3 + 0,02) Si 2 O 6 a 0,35 GPa. O cristal onfacita verificou-se ter uma estrutura monoclínica no grupo espacial P 2 / N.

Discussion

Neste relatório nós mostramos o procedimento detalhado para a realização de experimentos de cristal de difração de solteiro com DACs no beamline GSECARS de 13 BM-C. Tipo BX-90 DACs com o tipo BA bigornas de diamante e placas de apoio são recomendados para um único cristal experiências de difração 2,9,15. A vantagem do tipo BX-90 DAC é o seu acesso angular mais ampla em comparação com os DACs simétricas tradicionais, que fornece para a amostragem efectiva de muitos picos de difracção de 9,15. O acesso angular ampla torna-se crítica para as amostras com simetria mais baixo e com células unitárias mais pequenas: Os primeiros requerem mais picos de difracção para restringir os parâmetros da rede com precisão, e este último dar menos picos de difracção no dado acesso angular 2. A um acesso mais angular atinge no experimento, os parâmetros posicionais atômicos mais precisos mede 2,4. Acesso restrito angular pode resultar em uma bidimensional recíproca vector conjunto de dados, making interpretação de dados confiável matematicamente impossível 2.

Um passo importante, mas muitas vezes esquecido é selecionar meio de transmissão de pressão adequado. Apesar de media pressão, tais como argônio, óleo de silicone ou de solução de metanol-etanol-água foram utilizados em experimentos anteriores único cristal de difração que não excedeu 10 GPa 21-23, estes meios de pressão tornaram-se significativamente nonhydrostatic entre 5-10 GPa 22, e reduzir a qualidade do cristal durante a compressão de 2,22. A nossa experiência geral foi de que apenas Ele e Ne resultado em experimentos de alta qualidade até 50 GPa (por exemplo, referente ao 6,7). Nas APS, estes gases podem ser convenientemente colocado em DACs com o uso de GSECARS / COMPRES de gases de carregamento 14. Quando ele ou Ne é escolhido como o meio de pressão, a câmara de amostra encolhe durante o carregamento de gás (Figura 2). Uma vez que a amostra directamente toca o anel de vedação,rompe facilmente durante a compressão. Por isso, é importante para perfurar uma câmara de amostra grande o suficiente, cujo diâmetro é de pelo menos 2/3 do diâmetro zona de ligação, para evitar o contacto entre a amostra e a junta de vedação após o carregamento de gás.

O monocromática de cristal único de configuração de difracção baseada em síncrotron no PX ^ 2 é único. Em comparação com os difractómetros de laboratório, a fonte de raios-X sincrotrão fornece um fluxo muito maior (> 10 4) 4,27,28, o que melhora significativamente a relação sinal-ruído e reduz o tempo de recolha de dados 4,27,28. Synchrotron difracção de pó de base também é utilizada para determinar a estrutura dos materiais a altas pressões através da abordagem de Rietveld 4. Difração de cristal individual tem vantagens sobre a abordagem Rietveld, porque separa o ajuste dos parâmetros de rede e parâmetros estruturais 2,4. difracção de pó com Rietveld encaixe geralmente requer montagem lat Tice parâmetros e parâmetros estruturais, ao mesmo tempo, enquanto que o número de observações independentes é tipicamente muito menor do que em difracção de cristal único 4. Outro método a determinação da estrutura comum é Laue de difração, que utiliza radiação policromática com um detector de área 4. Em comparação com a coleta de dados monocromática em PX ^ 2, a redução dos dados método Laue exige termos adicionais, incluindo deconvolução harmônica e normalização intensidade, que acrescenta dificuldades adicionais na análise dos dados 4,24. Monocromática difração de cristal único é uma maneira simples de resolver estruturas, mas tem suas próprias limitações. Um conjunto de dados ideal de monocromática de difracção de cristal único requer um cristal de defeitos menos com um tamanho de dezenas de um, e a qualidade do cristal tem de preservar a pressões elevadas. Estes requisitos podem ser difíceis de encontrar para alguns minerais não-inextinguível, como bridgmanite 25.

content "> Hora resolvido única difração de cristal é capaz de capturar o transitório estados metaestáveis e cinética de transformação durante as transições estruturais de pressão induzida, e é uma das futuras direções de pesquisa para PX ^ 2 26. caracterização quantitativa dos defeitos e dinâmica de rede, com base na análise de raios-X de dispersão difusa em altas pressões também está em desenvolvimento no PX ^ 2 26. a plataforma óptica compacta para de alta pressão difração de cristal único aquecida a laser está sendo construído, e permitirá que a comunidade-ciências da terra para estudar o comportamento dos materiais em condições de terra profunda 26.

Disclosures

Os autores declaram não haver conflito de interesses.

Acknowledgments

Este trabalho foi realizado no GeoSoilEnviroCARS (setor 13), Programa Parceria para Extrema Cristalografia (PX ^ 2), Advanced Photon Source (APS) e Argonne National Laboratory. GeoSoilEnviroCARS é suportado pelo National Science Foundation Ciências da Terra (EAR-1128799) e Departamento de Energia-Geociências (DE-FG02-94ER14466). O ^ programa PX 2 é suportado por COMPRES sob Acordo Cooperativo NSF EAR 11-57758. O uso do Advanced Photon Source foi apoiada pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciência, Instituto de ciências básicas da energia, no âmbito do contrato n ° DE-C02-6CH11357. A utilização do sistema de carregamento de gás COMPRES-GSECARS foi apoiada por COMPRES sob Acordo Cooperativo NSF EAR 11-57758 e por GSECARS através de concessão NSF EAR-1128799 e DOE conceder DE-FG02-94ER14466. Também gostaríamos de agradecer Downs Prof. RT na Universidade do Arizona por gentilmente fornecer as amostras de coleções 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

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References

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Alta Pressão Único Difração de Cristal no PX ^ 2
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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).

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