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Chemistry

Alta Presión cristal único Difracción en PX ^ 2

Published: January 16, 2017 doi: 10.3791/54660
Automatic Translation
1, 1, 2, 2, 1, 2, 2
1Hawai’i Institute of Geophysics and Planetology, University of Hawai’i at Manoa, 2Center for Advanced Radiation Sources, University of Chicago

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

1. Preparación de muestras

NOTA: El proceso de preparación de la muestra incluye tres pasos principales: preparación de la DAC vacío, carga la muestra y que cargan el medio transmisor de presión de gas inerte. Preparación DAC y carga de la muestra se han descrito en detalle en Lavina et al. 10, y la presión de la transmisión de carga medio se ha descrito en Ríos et al. 14 A continuación se describe brevemente el proceso típico de preparación de la muestra.

  1. Seleccionar un par de diamantes cónicos que se combina con placas de apoyo.
    1. Asegúrese de que las puntas planas de los yunques de diamante (culets) son idénticos entre sí.
      NOTA: El diámetro de la culet depende de la presión máxima de objetivo del experimento.
    2. Asegúrese de que el alojamiento cónico de la placa de soporte coincide con la forma del diamante cónico. Asegúrese de que la altura del diamante, el diámetro de la parte de atrás del diamante, que cierreng ángulo de la placa de apoyo y el ángulo de apertura de la DAC son compatibles entre sí, a fin de maximizar el acceso angular para la difracción 9,15.
  2. Limpiar los diamantes y las placas de apoyo en un baño de ultrasonidos de acetona durante 3-5 minutos. Ajuste el limpiador ultrasónico al modo de "Sonic". Examinar los diamantes y las placas de apoyo bajo un microscopio óptico, y eliminar todo el polvo o escombros visibles.
  3. Coloque el diamante en el alojamiento cónico de la placa de apoyo, y el conjunto en un dispositivo de montaje.
  4. Aplicar unas kg de carga al diamante con tornillos de compresión, de manera que está en contacto íntimo con la placa de respaldo. A continuación, aplicar sobre 0,1 g de epoxi alrededor de la circunferencia exterior del diamante. Se calienta el conjunto a 70 ° C durante 8 horas para curar la resina epoxi.
  5. Limpiar el interior de la DAC, la parte de atrás de las placas de apoyo y los culets de los diamantes con acetona, y colocar las placas de apoyo con los diamantes en el CAD.
  6. Adjust las posiciones de los diamantes con tornillos de fijación que sujetan la placa de soporte en su lugar, de modo que los culets yunque son concéntricos cuando los dos diamantes opuestas entran en contacto.
  7. Compruebe el ángulo de inclinación entre los dos culets en busca de franjas de interferencia en un microscopio óptico. Ajustar el ángulo de inclinación de los diamantes partir de la configuración de la carga de los tornillos de fijación, de modo que el número de franjas se reduce al mínimo 10.
  8. Coloque un pedazo de papel de aluminio de 250 micras de espesor renio (Re) entre los dos diamantes, y fijarla en su lugar con cera.
    NOTA: Esta lámina Re actúa como la junta de la DAC.
  9. Aplicar carga uniformemente y lentamente apretando los cuatro tornillos de compresión del DAC, y controlar el cambio de espesor de la junta Re con un micrómetro midiendo el espesor total del conjunto DAC.
  10. Cuando el espesor de la junta Re es ~ 40 micras, retire la carga de los tornillos de compresión lentamente, y sacar la junta de pre-sangría.
  11. Las usar unaer fresadora para perforar un agujero en el centro de la pre-muesca, cuyo diámetro es al menos 2/3 del diámetro culet. Alinear la junta con un microscopio óptico, y establecer el diámetro previsto del agujero de la junta en la interfaz de usuario de la máquina de fresado con láser. Presione el botón "Scan" para perforar el agujero.
  12. Remojar la junta perforado en acetona y limpiarlo con un limpiador ultrasónico en modo normal. Limpiar las culets de los diamantes con acetona. Coloque la parte de atrás junta perforado en el DAC.
    NOTA: El agujero en la junta sirve como la cámara de muestra.
  13. Colocar una sola muestra de cristal en el centro del orificio de la junta, que también debe ser el centro de la culata de diamante.
    NOTA: El tamaño óptimo de la muestra es de 20 micras x 20 micras x 5 mm (largo x ancho x grosor).
  14. Coloque una pequeña esfera de rubí (~ 10 m de diámetro) cerca de la muestra.
    NOTA: La esfera de rubí sirve como marcador de presión.
  15. Coloque el DAC con la muestra dentro de tque Compres recipiente de carga de gas / GSECARS y la carga de helio comprimido (He) o de gas de neón (Ne) a una presión máxima de aproximadamente 25.000 psi para llenar el recipiente 14.
  16. Aumentar la presión dentro de la cámara de muestras DAC apretando los tornillos de compresión del DAC, y monitorear la presión de fluorescencia rubí 16.

2. Recolección de Datos

  1. Place ~ 1 mg LaB 6 de polvo en el centro de rotación del difractómetro, y recoger los patrones de difracción de polvo en varias posiciones del detector MARCCD que varían según el ángulo δ. Recoge los patrones de difracción de polvo haciendo clic en el botón "Inicio" de la interfaz MARCCD EPOPEYAS. Use este patrón de difracción para calibrar la distancia detector-muestra y la inclinación del detector MARCCD 2.
  2. Después de completar la calibración del detector, retire el laboratorio estándar de 6 desde el difractómetro. Coloque el DAC en el soporte de muestras, y lo puso en el thetapa de la muestra e del difractómetro.
    1. Utilice un soporte de tipo pinza para sujetar los DAC de temperatura ambiente, un soporte de pinza de tipo refrigerado por agua para los DAC de alta temperatura, y micromalla polímero montados en un cabezal goniómetro estándar ACA / IUCr para contener una muestra a presión y temperatura ambiente.
      NOTA: En los siguientes pasos (2,3-2,8), todos los controles de movimiento se consiguen con la interfaz de usuario EPICS (EUI).
  3. Girar el eje φ para que la cámara de muestra es perpendicular a la cámara con zoom de visualización ajustando el ángulo φ a 120 en la EUI.
  4. Encuentra la cámara de muestra con la cámara de visión en la primera ampliación mínima. Centro de la imagen de la muestra por el cambio de la muestra X, Y y Z en la EUI. Enfocar la imagen de la muestra cambiando el microscopio Z en la EUI, y luego hacer un zoom-in para la ampliación máxima.
  5. Alinear la imagen de la cámara de la muestra al centro de la cámara de visión al cambiar la muestra de X, Y y Z en el EUI. Ajustar la posición de la muestra a lo largo del eje de la cámara hasta que está en el foco (el uso de un enfoque de la cámara de pre-determinado para estimar la posición del centro de rotación en esta dirección). A continuación, girar el ángulo φ a 90 en el EUI de modo que la cámara de muestra es perpendicular al haz de rayos X incidente.
  6. Para corregir para el desplazamiento de la muestra desde el centro del instrumento a lo largo del eje DAC, escanear la posición de DAC en ambas direcciones horizontal y vertical perpendicular al incidente de rayos X usando el software scanw, usando traducciones motorizados incorporados en el goniómetro, mientras que la recogida haz transmitido datos de intensidad con un detector de fotodiodo colocado detrás de la muestra.
    NOTA: El detector de fotodiodo está montado en un actuador neumático y se puede mover dentro y fuera de la viga de forma remota desde la estación de control.
  7. Encontrar la posición central en la exploración intensidad recogidos mediante la función de "centro" de scanw, que corresponde a la máxima transmisión. Este es el center de la cámara de la muestra.
  8. Girar la muestra usando eje del goniómetro φ en unos pocos grados utilizando el EUI, y repetir la exploración de transmisión vertical. Repita la exploración dos veces, en ambos desplazamientos phi positivos y negativos.
  9. Se calcula la posición de la muestra a lo largo de la dirección del incidente de rayos X con la siguiente ecuación 17
    Ecuación 1
    Cuando DY es la distancia a lo largo de la dirección incidente de rayos X que la muestra se desplaza del centro del instrumento, Δφ es el cambio en el ángulo φ entre exploraciones,? S x + y? S x- son los desplazamientos de posición de transmisión de rayos X perfil cuando el ángulo φ está inclinado + Δφ y -Δφ.
    NOTA: Varias iteraciones de las exploraciones se puede hacer para mejorar la precisión de posicionamiento de la muestra.
  10. Después de alinear la muestra, recoger los datos de difracción de cristal únicocon el software CCD_DC 1.
    1. En un primer momento, se recoge una φ-scan con un fotodiodo haciendo clic en el botón "Scan" en el software scanw para determinar el ángulo de apertura máxima y funcional para determinar la forma del efecto de la absorción de los yunques de diamante y placas de apoyo.
    2. Después de la φ-scan, llevar a cabo una amplia exposición φ (durante el cual el detector se deja abierta mientras φ se hace girar) para cubrir el ángulo de apertura máximo que el DAC permite, seguido de una serie de exposiciones paso phi, cubriendo cada 1 °. Llevar a cabo este paso mediante el establecimiento de la "autonomía total" para el ángulo de apertura máxima, y ​​establecer el "Número de pasos" para el mismo número en el software CCD_DC. Recoger exploraciones phi de ancho en diferentes posiciones de los detectores mediante la especificación de la posición del brazo detector en las direcciones delta y nu en el software CCD_DC, a fin de permitir el acceso a más picos de difracción.
      NOTA: Para los cristales con una unidadcelda mayor que 10 Å, colección de 10 ° exploraciones de paso de ancho que cubre el mismo rango angular también se recomienda. Los tiempos de exposición son determinadas por la absorción desde el diamante, y la intensidad de difracción características de la muestra. Por lo general, seleccionar el tiempo de exposición que maximiza las intensidades de los picos de difracción sin saturación. Un tiempo de exposición típico es 1-5 s / °. recopilación de datos típica de un cristal en una posición detector y una presión dura aproximadamente 30 min.

Análisis 3. Datos

NOTA: El análisis de los datos se lleva a cabo mediante el paquete de software de ATREX / RSV 2,18. Para una explicación detallada de los principios utilizados en el software, por favor ver el trabajo de Dera, et al. 2

  1. Procesar el archivo de laboratorio de calibración 6.
    1. Abra la imagen de difracción en polvo 6 BAL recogidas en cada posición del detector en los software. Introduzca la longitud de onda de los rayos X incidente (0.434 Å), y presione el botón "afinar Cal".
      NOTA: El software calculará automáticamente la distancia de muestra-detector y la inclinación del detector con respecto al haz de rayos X incidente. calibración del detector solamente se lleva a cabo en las posiciones del detector ν = 0, δ = 0. Las imágenes de calibración recogidos en ν distinto de cero y δ se utilizan para la verificación de la calidad de calibración.
    2. Guarde los archivos de calibración para cada posición del detector mediante la edición manual de los ajustes de nu delta y, si es necesario.
      NOTA: ATREX de calibración del detector almacena archivos .cal asociados con cada serie de imágenes. Al abrir una imagen, el programa comprueba si el archivo .cal asociado está presente. Si no es así, existe la opción para seleccionar un archivo tal.
  2. Después de guardar las calibraciones para todas las posiciones del detector, crear estas asociaciones marcando la casilla de verificación "Asignar cal" en el software ATREX, Por lo que el programa recordará la que las calibraciones de usar.
  3. Buscar picos de difracción de la muestra, y adaptarse a las intensidades de los picos.
    1. Abre la exposición del gran angular φ en el software. Ir a la opción "Buscar" del panel, y la búsqueda de los picos de difracción en el amplio ángulo de la exposición. eliminar manualmente los picos de difracción más saturado desde el diamante y los picos de difracción cerca de los anillos de junta Re.
    2. Montar los picos de difracción de tener en sus posiciones exactas e intensidades. Búsqueda de picos de difracción de la muestra para todas las posiciones de los detectores haciendo clic en el botón de "búsqueda de pico" en el software, y guardar las tablas de los picos correspondientes haciendo clic en el botón "Guardar picos".
  4. Reconstruir la distribución de los picos de difracción 'en el espacio recíproco.
    1. En el programa, abrir la tabla de picos para una posición del detector, y una imagen en la exploración paso φ, que es unassociated con la misma posición del detector. Si el archivo de calibración del detector aún no se ha asignado a esta serie de archivos, seleccione el archivo .cal apropiado. Ir al panel de "Scan", y presione el botón "calcular el profesor de la exploración" botón.
      NOTA: Este paso será encontrar el ángulo φ para cada pico de difracción en el que la intensidad del pico es el más fuerte.
    2. Guardar archivo de la tabla de pico resultante .pks. Repita este paso para todas las imágenes de rotación de ancho en diferentes posiciones de los detectores.
  5. Índice de los picos de difracción.
    1. Utilizando el software de RSV, abrir el primer archivo de tabla de picos. Utilice la función "Añadir" para combinar todas las tablas de picos adicionales. Utilizar el plugin RSV para encontrar la matriz preliminar UB de este cristal y al índice de los picos de difracción. El software buscará automáticamente la matriz UB más probable.
    2. Abra la matriz preliminar UB RSV importando el archivo .p4p, y refinar la matriz con el UBespaciado d de cada pico de difracción utilizando el botón "Filtrar d-SPAC / w". Si se conoce la simetría del cristal, seleccione las limitaciones del sistema de cristal apropiadas.
      NOTA: Cuando el refinamiento converge, la matriz UB optimizado y los parámetros de red del cristal (a, b, c, α, β y γ) se determinan.
    3. Guardar la matriz UB optimizado como un archivo .ub.
      NOTA: En el proceso de búsqueda de pico inicial del programa podría haber perdido algunos picos de baja intensidad que será muy valioso en la determinación de la estructura.
  6. Para buscar estos picos que faltan se remontan al software, y abrir la imagen de la exposición del gran angular φ (el archivo de calibración asociado se debe cargar automáticamente).
  7. En el panel de "predecir", abra la matriz UB del cristal y simular el patrón de difracción. En el panel "picos", la búsqueda de los picos de difracción observados, y quitar los picos observados (el siguiente cuadro de textoal botón "Observado" permite especificar el umbral mínimo de intensidad de los píxeles dentro de la caja de ajuste de pico que se requiere para el pico para ser considerado "observados"). Montar las posiciones e intensidades de los picos haciendo clic en el botón de "ajuste pico", a continuación, guarde la tabla de picos.
  8. Combinar todas las tablas de pico predichos en diferentes posiciones de los detectores con el software de RSV usando la función "añadir". Si se utilizaron diferentes ajustes de exposición (velocidad de rotación en ° / seg), utilizar factores de escala apropiados al abrir nuevos archivos .pks.
  9. Exportar la tabla de picos combinada como archivo de texto .hkl, que puede ser utilizado para refinar la estructura cristalina con el paquete de software SHELX. Los procedimientos detallados para la realización de la estructura de refinamiento con SHELX han sido bien descrito en otra parte 19,20.

Representative Results

Mostramos un ejemplo representativo de difracción de alta presión de cristal único en el omphacite mineral de silicato (Ca Na 0,51 0,48) (0,44 Mg Al 0,44 Fe 2 + 0,14 Fe 3 + 0.02) Si 2 O 6. La muestra omphacite se cargó en un tipo DAC BX-90 con Boehler-Almax (BA) tipo yunques de diamante y placas de soporte (Figura 1). La cámara de muestra se llena con el medio transmisor (helio en este caso) de presión a gas noble para asegurar un ambiente de presión hidrostática. La presión de la cámara de la muestra fue de 0,35 GPa, determinado por fluorescencia de rubí. La muestra se alinea con el centro de rotación del goniómetro de difracción (figuras 3, 4). Nos calibrado la posición y la inclinación del detector MARCCD en ν = 0, δ = 0 con un estándar de polvo de BAL 6 (Figura 5). Durante el experimento, η, `7; y mu ángulos se fijan en 0. Los picos de difracción de la muestra fueron analizados utilizando el primer "Buscar" la función del software ATREX (Figura 6). A continuación, los parámetros de red y la matriz UB del cristal único omphacite se refinaron con el software de RSV (Figura 7). Con la matriz UB refinado del cristal, se encontraron más picos de difracción utilizando la función "Predecir" del software (Figura 8). Los parámetros de red refinados de este cristal único omphacite a esta presión son: 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 (Tab. 1). Se encontró que el cristal omphacite tener una celosía monoclínico en el grupo espacial P 2 / n. Nuestros parámetros de red refinados son consistentes con los parámetros de red publicados de omphacite con unacomposición química similar y a una presión similar: P = 0.449 GPa, a = 9,5541 ± 0,0005 Å, b = 8,7481 ± 0,0007 Å, c = 5,2482 ± 0,0003 Å, β = 106.895 ± 0.004º 21.

Figura 1
Figura 1: Componentes del BX-90 DAC que se utiliza para la difracción de cristal único de alta presión. (A) Boehler-Almax (BA) Tipo de diamantes; (B) Re junta; Placa de apoyo (c) Tipo de BA; (D) el tipo BA diamante pegado en la placa de respaldo de tipo BA; (E) de la parte de cilindro BX-90 DAC; (F) parte de pistón del BX-90 DAC; (G) con la mano izquierda (acabado óxido negro) y (acabado de acero inoxidable) para diestros tornillos de compresión: (h) de tornillo de compresión diestro con arandelas de resorte de disco; ( Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2: Imagen de microscopio de la cámara de muestras DAC antes y después de la transmisión de carga medio de presión de gas noble. Después de transmitir la carga media la presión del gas, el orificio de cámara de la muestra se redujo en un ~ 30% de diámetro. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figura 3
Figura 3: Montaje experimental para la alta prefisura de difracción de cristal único en PX ^ 2. Los seis grados angulares de libertad (μ, η, χ, φ, δ y υ) y las tres direcciones de traslación (x, y y z) están etiquetados. La notación para ángulos sigue la convención angular de 13 Usted. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4
Figura 4: Alineación de la cámara de la muestra al centro de rotación. A la izquierda: las exploraciones de la cámara de la muestra en la dirección normal de rayos X (azul) y φ-rotación por + Δφ (verde) y -Δφ (rojo). Derecha: perfiles de transmisión de rayos X de las exploraciones cámara de muestras en diferentes ángulos phi. Los desplazamientos de los perfiles de transmisión de rayos X se utilizan para calcular la corrección de posición a lo largo de la inciden t dirección de rayos X. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5
Figura 5: Calibración del detector MARCCD usando el software de análisis de datos. LaB patrón de difracción en polvo 6 se utiliza para llevar a cabo la calibración. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6
Figura 6: búsqueda de picos de difracción utilizando el software de análisis de datos. En el total de los picos de difracción 63 fueron encontrados en esta imagen la exposición de ancho. s / ftp_upload / 54660 / 54660fig6large.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7
Figura 7: Indexación de los picos de difracción y el cálculo de la matriz de la UB de la muestra usando el software VRS. La indexación se lleva a cabo automáticamente por el software. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 8
Figura 8: Predicción de los picos de difracción con el software de análisis de datos. 112 picos de difracción se encontraron la misma imagen de difracción con como en la figura 6 mediante la función de pico de la predicción.com / archivos / ftp_upload / 54660 / 54660fig8large.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Parámetro de red Valor
un 9.496 ± 0.006 Å
segundo 8.761 ± 0.004 Å
do 5.248 ± 0.001 Å
un 90º
segundo 105.06 ± 0.03º
gramo 90º

Tabla 1: parámetros de red de omphacite (Ca Na 0,51 0,48) (0,44 Mg Al 0,44 Fe <strong> 2 + 0,14 Fe 3 + 0.02) Si 2 O 6 a 0,35 GPa. Se encontró que el cristal omphacite tener una celosía monoclínico en el grupo espacial P 2 / n.

Discussion

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.

Disclosures

Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.

Acknowledgments

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.

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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Química número 119 de alta presión la radiación sincrotrón difracción de cristal único celda de yunque de diamante la cristalografía la geofísica geoquímica mineralogía Rayos X
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