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.
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.
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.
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.The authors have nothing to disclose.
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.
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 |