Chemistry

قياسات للارتباطات الإلكترونية البعيدة المدى خلال تجارب حيود Femtosecond على نانوكريستالس بوكمينستيرفوليريني

Published: August 22, 2017 doi: 10.3791/56296

Rebecca A. Ryan¹, Sophie Williams¹, Andrew V. Martin¹, Ruben A. Dilanian¹, Connie Darmanin², Corey T. Putkunz¹, David Wood³, Victor A. Streltsov⁴, Michael W.M. Jones⁵, Naylyn Gaffney⁶, Felix Hofmann⁷, Garth J. Williams⁸, Sebastien Boutet⁹, Marc Messerschmidt¹⁰, M. Marvin Seibert¹¹, Evan K. Curwood¹¹, Eugeniu Balaur², Andrew G. Peele⁵, Keith A. Nugent², Harry M. Quiney¹, Brian Abbey²

¹ARC Centre of Excellence in Advanced Molecular Imaging, School of Physics, University of Melbourne, ²Australian Research Council (ARC) Centre of Excellence in Advanced Molecular Imaging, Department of Chemistry and Physics, La Trobe Institute for Molecular Sciences, La Trobe University, ³Department of Physics, Imperial College London, ⁴Florey Institute of Neuroscience and Mental Health, ⁵Science and Engineering Faculty, Queensland University of Technology, ⁶Swinburne University of Technology, ⁷Department of Engineering Science, University of Oxford, ⁸Brookhaven National Laboratory, ⁹Linac Coherent Light Source, SLAC National Accelerator Laboratory, ¹⁰BioXFEL Science and Technology Center, ¹¹Laboratory of Molecular Biophysics, Department of Cell and Molecular Biology, Uppsala University, ¹²Australian Synchrotron

Summary

يصف لنا تجربة تهدف إلى سبر الإلكترونية الأضرار التي يسببها في نانوكريستالس بوكمينستيرفوليريني (ج₆₀) بنبضات femtosecond مكثفة، من الأشعة السينية. وتبين التجربة، من المستغرب، بدلاً من العشوائية، الأشعة السينية الناجمة عن الإلكترون عالية ترتبط الديناميات في ج₆₀، تمتد على مئات خلايا الوحدة داخل بلورات¹.

Abstract

التفاصيل الدقيقة للتفاعل بين نبضات الأشعة السينية المكثفة مع هذه المسألة موضوع اهتمام شديد للباحثين في محاولة لتفسير نتائج femtosecond الأشعة السينية الإلكترون الحر تجارب الليزر (إكسفيل). عدد متزايد من الملاحظات التجريبية أظهرت أنه على الرغم من أن يمكن أن يكون الاقتراح النووي لا يعتد بها، نظراً لفترة قصيرة كافية مدة نبض الحادث، الحركة الإلكترونية لا يمكن تجاهلها. النماذج الحالية والمقبولة على نطاق واسع التي تفترض أنه على الرغم من أن الإلكترونات الخضوع لديناميات مدفوعا بالتفاعل مع النبض، هذه الحركة يمكن إلى حد بعيد النظر 'عشوائية'. هذا سيسمح ثم مساهمة يفترض أنها غير متماسكة من الحركة الإلكترونية أن يعاملوا كإشارة خلفية مستمرة وتجاهل ذلك. وكان الهدف الأصلي من تجربتنا دقة قياس التغير في كثافة قمم براج الفردية، بسبب الأشعة السينية التي يسببها الضرر الإلكترونية في نظام نموذجي، بلوري ج₆₀. خلافا لهذه التوقعات، لاحظنا أن في كثافة الأشعة السينية أعلى، ديناميات إلكترون في ج₆₀ كانت في الواقع ارتباطاً وثيقا، وعبر مسافات طويلة بما فيه الكفاية أن مواقف تأملات براج، إلى حد كبير تغييره. تصف هذه الورقة بالتفصيل الأساليب والبروتوكولات المستخدمة لهذه التجارب، التي أجريت في مصدر الضوء الجراحة متماسكة (لكلس) والاسترالية السنكروتروني (AS)، فضلا عن النهج بلورية المستخدمة لتحليل البيانات على حد سواء.

Introduction

أحد الأغراض الرئيسية لأشعة ليزر الإلكترون الحر (إكسفيلس) وضع إنتاجية عالية وعالية الدقة للتصوير الجزيئي والديناميات. علم الأحياء الهيكلية يعتمد على معلومات الحجم الذري، محدودة عادة إلى انخفاض القرار تقنيات علم البلورات بالأشعة السينية في سينتشروترونس الجيل الثالث. مرات التعرض الطويل الذي يسبب أضرارا كبيرة الإشعاع في البلورات، يؤثر بشكل كبير القرار يتحقق باستخدام التقنيات التقليدية. لقطة حيود التصوير مخطط²^،³^،⁴ المستخدمة في إكسفيلس، ينطوي على جمع صور حيود الأشعة السينية نبض قصيرة تصل إلى أما العينات المستهدفة الثابتة (التي تترجم عبر تركيز شعاع) أو حقن عينات في مسار الشعاع.

في نهاية المطاف يدمر التفاعل عينة نبض إكسفيل العينات، بسبب ظهور الأضرار الشديدة الإشعاع. يتم جمع الصور حيود قبل بداية هذا التدمير بسبب المدد نبض خ sub-100. القدرة على تحديد هياكل عالية الدقة من نانوكريستالس سرعة أصبحت راسخة. بيد العمليات الديناميكية التي تحدث على فترات زمنية femtosecond تحت ظروف التصوير التجريبية تقدم رؤى أعمق في الفيزياء الذرية ويمكن أن يكون لها تأثير عيانية على نانوكريستالس وعلى الحيود أنماط⁵^،⁶ ^،⁷.

بينما يتم تجنب الأضرار الهيكلية كارثية على المقياس الزمني femtosecond أثناء الذي يتم تسجيل صورة حيود لقطة، كثافة الطاقة نبض إكسفيل قد تكون مرتفعة بما يكفي تعديل الخصائص الإلكترونية للعينة التي الأشعة السينية تتفاعل⁷^،^،من⁸⁹. استكشاف فيزياء التفاعل المكثف نبضات الأشعة السينية متماسكة مع هذه المسألة ليس فقط للفائدة العلمية الأصيلة، ولكن ستكون ذات أهمية حاسمة لتفسير أي تجربة في أي ضوء من إكسفيل نبض يستخدم لاستكشاف الهيكل.

ويشير تحليل بيرتورباتيفي في إجراء تجارب التصوير على جزيئات مفردة أو مجموعات صغيرة، أو نانوكريستالس تتألف من بضعة وحدة الخلايا بالأشعة السينية، إلى أن واحدة ينبغي مراعاتها كل تخفيض في الاتساق الظاهر ل الإشارات المتناثرة⁸، والنمو في إشارة ستروكتوريليس الخلفية نتيجة لعمليات اليكتروديناميكال⁹. هذه التجربة التي سعت إلى تقييم الدرجة التي decoherence بسبب عمليات اليكتروديناميكال، يحدث في مسحوق خوصات ج₆₀ بسبب التفاعل مع نبضات إكسفيل قصيرة.

في هذه المقالة، نحن نقدم تفاصيل بشأن الإجراء التجريبي الذي يلاحظ بنية إلكترونية عابرة مرتبة عالية من نانوكريستالس₆₀ ج بسبب التفاعل مع نبض إكسفيل¹. نمط حيود المنتجة في ظل هذه الظروف يختلف اختلافاً ملحوظا عن مراعاتها عند نفس العينة مضاءة بقوة أقل، ولكن البقول إكسفيل متطابقة خلاف ذلك، أو عندما يستخدم شعاع السنكروتروني في طاقة فوتون نفسه. يتسم هذا الاختلاف بوجود قمم براج التي ينظر إليها لا في التشكيلات الجانبية اثنين حيود تناظر الصور حيود طاقة منخفضة والسنكروتروني. نظهر تحليلنا ونهج النموذج المناسب، تستخدم للتأكد من وجود تشويه الإلكترونية الديناميكية الناجمة عن تفاعل نبض-نانوكريستال إكسفيل.

Protocol

1-ج ₆₀ "إعداد عينة مسحوق"

فيلم بولي أميد تطبيق، 10 ميكرون سميكة، إلى جانب واحد لصاحب العينة الألومنيوم سميكة ثابت 1 مم (التصميم هو موضح في الشكل 1a).
ج ₆₀ باستخدام مدقة وهاون على دفعات صغيرة من حوالي 100 ميكروغرام. كمية العينة إضافة إلى قذائف الهاون ليست حاسمة، ولكن ضمان أن لا يتجاوز ارتفاع نهاية مقربة من المدقة حتى أن كنت دون ' تي خطر ضغط مسحوق بدلاً من سحق. وهذا يضمن أن يتم إنتاج نانوكريستالس غرامة. كرر هذه العملية عدة مرات للحصول على المبلغ المطلوب لجمع البيانات-
تنبيه: الإعداد والتعامل مع المواد النانوية ينبغي فقط إجراء داخل خزانات السلامة البيولوجية-
إزالة المسحوق ₆₀ ج سحقت مباشرة من قذائف الهاون باستخدام ملعقة صغيرة وتنتشر خلايا صاحب العينة، رقيقة قدر الإمكان مع الجانب لاصقة الفيلم بوليميد النسخ في صاحب العينة التي تواجه المسحوق. ضع الجانب لاصقة فيلم بوليميد الثانية (أيضا 10 ميكرومتر سميكة) مباشرة على المسحوق في حامل عينة
1. لإنشاء بنجاح من أحادي الطبقة موحدة، وسحب قبالة. سوف تتمسك بالقطعة الثانية من الشريط ويمكن إزالتها ثم من صاحب العينة الزائدة ج ₆₀ مسحوق.
2. كرر حتى يأتي لا مسحوق أكثر قبالة الشريط ويظهر أحادي الطبقة مسحوق ₆₀ ج تنتشر بشكل متساو عبر خلايا حامل عينة فردية (انظر الشكل 1b).
تترك على الأقل نافذة واحدة فارغة (لا عينة) لتمكين خلفية بوليميد تسجيلها.
ختم صاحب العينة في وعاء من بلاستيك للنقل إلى الدائرة عينة بيمليني.

2. الدراسات الأولية السنكروتروني الأسترالية

"ج استخدام" ₆₀ أعدت كما هو الحال في الخطوات 1.1-1.5 الحيود مسحوق في بيامليني MX2 في "السنكروتروني الأسترالية".
طلب طاقة حادث من 12.905 كيلو إلكترون فولط (0.9607) وحجم شعاع من 30 × 7 أم.
جبل صاحب العينة ₆₀ ج على دبوس البلوري قياسية، عمودي لشعاع الأشعة السينية في جونيوميتير على مسافة حوالي 625 ملم من الكاشف، لتمكين جمع البيانات ذات الدقة العالية-
الانتقال يتم جمعها على فوهة المبردة من موقف لضمان درجة حرارة الغرفة البيانات الحيود مسحوق.
فتح بلو-الجليد ¹⁰ البرنامج الذي يتحكم في بيمليني MX2.
الصحافة ' ابدأ ' زر لبدء جمع البيانات-
اختبار مرات التعرض مختلفة (عن طريق تكرار الخطوات من 2.5 و 2.6) لضمان جمع البيانات مسحوق كافية في الصورة (تتميز بحلقات حيود قوية خارج إلى الحافة كاشف) تعظيم النطاق الديناميكي للإشارة دون تشبع الكاشف.
مسح الإطار عينة ₆₀ ج وجمع صور متعددة من نفس العينة.

3. طلب "معلمات إكسفيل" للإعداد بيمليني

طلب أقصر مدة نبض الممكنة المتاحة في لكلس (نيسان/أبريل فوم خ 2012-32)، دون فقدان كبير للتمويه (' وضع رسوم عالية ') للتجربة في "الأشعة السينية متماسكة لكلس" التصوير (CXI) بيمليني ¹¹-
طلب استخدام 10 فولط (1.24 Å) الحادث الطاقة الأشعة السينية-
طلب أصغر تنسيق حجم البقعة يمكن تحقيقه عمليا باستخدام المرايا CXI بايز كيركباتريك (KB) يقارب 100 × 100 نانو متر ²-
ملاحظة: تعديل مدة النبضة وتركز شعاع يؤديها العلماء في بيمليني CXI. كان حجم الحزمة غير مركزة المنبع للبصريات كيلو بايت تقريبا 800 × 800 ميكرون ²، بعد التركيز حجم الحزمة تحقق في بقعة التركيز كان حوالي 300 x 300 نانومتر ² فوهم، حسبما يقرره مجهرية ضوئية من الحفر التي أدلى بها إكسفيل شعاع في بلورات ياج.
طلب عينة-الكشف عن المسافة (Z-المسافة) 79 مم ( الشكل 1 ج)-

4. سجل في الساحة المظلمة

تعيين تسجيل المعلمات في لوحة تحكم ¹² دق (الحصول على البيانات) البيانات: شعاع (إيقاف)، عدد من الأحداث (500)، جهاز تسجيل الحدث (صفيف كاشف كورنيل-SLAC بكسل-CSPAD13)-
الصحافة ' "تشغيل سجل" ' عندما تكون جاهزاً لتسجيل مجموعة صور لقطة.
ملاحظة: يسمى مجموعة البيانات لكافة الأحداث المسجلة ' تشغيل ' ويتم حفظها في. تنسيق ملف اكستاسي.

5. تسجيل 10% "تشغيل حادث إكسفيل التمويه"

طلب وضع سمك مناسب من الألومنيوم المخفف المصب للعينة، وأمام مباشرة كاشف الصفيف بكسل كورنيل-SLAC (كسباد) ¹³ من أجل حمايتها من الأضرار-
طلب إدراج المخففات السليكون المنبع للعينة في سمك المحسوبة للتخفيف من 90% الحادث ضرب العينة بالأشعة السينية. علما بأن تدفق نبض يقدر من شعاع جهاز العرض الحالي. وقدرت فلوينس في العينة أن تكون 8.3 × 10 ¹⁷ الفوتونات/mm ²/نبض.
جبل صاحب العينة المحتوية على العينة ₆₀ ج في الدائرة فراغ ككسي.
طلب العلماء بيامليني لتنفيذ الإجراء مضخة فراغ للدائرة بعينه حتى يتم التوصل إلى فراغ. يستغرق حوالي 30 دقيقة للوصول إلى 10 ^-7 تور، في درجة حرارة الغرفة-
تعيين بيانات تسجيل المعلمات في لوحة تحكم دق: شعاع (على)، أحداث (1500)، وجهاز تسجيل الحدث (كسباد)-
فوق ' مسح ' زر في المقطع تكوين إطار "واجهة المستخدم الرسومية دق".
توفير معلمات بيامليني لتعيين النقطية المسح الضوئي الداخلي للتشغيل. وتشمل هذه البداية موقف (الزاوية اليسرى العليا) ووضع حد للموقف (الزاوية السفلية اليمنى) من عينة واحدة حامل نافذة الزنزانة، وأحجام خطوة (600 ميكرون) واتجاه حركة المسح الضوئي (في المحور س). باستخدام هذه المعلمات، نافذة الزنزانة واحد (هو مبين في الشكل 1) يسمح بمسح العشرين في الاتجاه-س ما يزيد على ثلاثة صفوف من نافذة الزنزانة.
الصحافة ' تطبيق ' عندما تم إدخال القيم الصحيحة.
طلب العلماء بيمليني لتعيين معدل تكرار النبضة إلى 1 هرتز. ملاحظة: معدل تكرار نبض متاح في لكلس هو 120 هرتز، لكن في هدف ثابت المسح وضع ¹⁴، انخفاض معدل تكرار نبضة المطلوبة لتجنب إمكانية قياس العينة التي تضررت فعلا بإطلاق النار سابقة. تنبيه: إكسفيل التفاعل مع الإطار عينة الألومنيوم يشكل خطر التشبع والأضرار كسباد وحتى الرعاية الواجب اتخاذها لتجنب الإطار.
الصحافة ' "تشغيل السجل" ' لتسجيل dataset حيود مسحوق لقطة إكسفيل.
باستخدام البيئة الحاسوبية المتاحة في لكلس ¹²، انتقل إلى الدليل الملف الذي يتم تسجيل البيانات في داخل في إطار محطة طرفية.
اكتب الأمر ' إكستسيكسبلورير/filepath/اسم الملف ' لفتح مستكشف الملف اكستاسي واجهة المستخدم الرسومية وعرض الصور المسجلة في التشغيل-
الاختيار للتشبع كاشف الممكنة، التي تحدث عادة في حوالي 1,4000 عدس ¹³. إذا كان الجهاز يظهر أي علامات على التشبع التوهين الألومنيوم في الكاشف حاجة إلى زيادة. إذا حدث هذا، طلب طبقات أكثر من الألومنيوم المخفف في الجهاز وكرر الخطوات 5.12 5.6 مع خطوط المسح مسح المحددة لإطار الخلية حامل العينة التالي. طبقة من الألمنيوم 100 آند #181؛ م سميكة، تغطي أربع وحدات مركزية كسباد كانت تستخدم dataset هذه.

6. تسجيل 100 ٪ "تشغيل التمويه إكسفيل"

طلب الإدراج من الألومنيوم سميكة موهن (1,000 ميكرومتر) عبر أربع وحدات مركزية في كسباد وأرق 100 ميكرومتر سميكة موهن على مدى أربع وحدات الخارجي.
طلب إزالة السليكون المخففات السماح 100% تدفق الأشعة السينية المتاحة لضرب العينة. التمويه الحادث ذروة الذروة المراكب تقدر 7.5 × 10 ¹¹ الفوتونات/نبض (إعطاء فلوينس من حوالي 8.3 × 1018 الفوتونات/mm2/نبض في العينة).
كرر الخطوتين 5.12 5.5 لتسجيل dataset حيود في إطار خلية حامل نموذج جديد-
كرر الخطوة 5.13 مراقبة حالة التشبع لكشف وتحديد ما إذا كانت كافية براج مسحوق حلقات حيود أو البقع براج (من أصل إلى حافة كاشف) واضحة ومحددة تحديداً جيدا.

7. إكسفيل تجهيز البيانات وتحليلها ذروة

استرداد المعايرة الملف (أو مسار الملف) من العلماء بيمليني.
ملاحظة: يتم توفير البيانات كسباد في إحدى وحدات dataset كلوحات فردية للكشف عن تجميع عدد أحداث (المقابلة للقطة الإطار صورة واحدة). مطلوب ملف المعايرة لتجميع اللوحات الكاشف في المواضع النسبية الصحيحة لإنتاج إطار صورة أعيد بناؤها المقابلة للكشف عن كامل-
استخراج الإطارات الساحة المظلمة (على سبيل المثال المبين في الشكل 2 ألف) من الساحة المظلمة تشغيل بايثون لغة البرمجة وتطبيق ملف المعايرة باستخدام dataset. ملاحظة: البرامج وعملية تجهيز البيانات ثابتة خط أنابيب لتجربة علم البلورات femtosecond المسلسل في إكسفيلس الذي لم يكن متاحاً في الوقت من هذه التجربة هو متاح الآن ¹⁵ ^، ¹⁶.
مجموع الإطارات الساحة المظلمة وتوليد صورة الساحة المظلمة متوسط. حفظ هذا التقرير كالساحة المظلمة.
استخراج الصور الإطار الحيود من مجموعات البيانات حيود تشغيل (سبيل مثال رباعي، يرد في الشكل 2b)، وتنطبق طرح الساحة المظلمة. تبعثر الإشارة المنتجة في إطارات فردية (بعد التصحيح الساحة المظلمة والخلفية) ويرد في الشكل 2 ج.
مجموع الساحة المظلمة تصحيح الصور الحيود لإنتاج صورة الحيود مسحوق 2D النهائية ( الشكل 2d).
لتحميل الصورة الحيود مسحوق كملف الإدخال في FIT2D ¹⁷ (برنامج الحد من بيانات واجهة المستخدم الرسومية)-
إدخال أبعاد الصورة (طول x و y-طول 1,800 بكسل)، وحدد ' الحيود مسحوق (2D) '-
انقر فوق ' "مركز شعاع" ' تحديد موقع مركز حلقات حيود. حدد أربع نقاط في الداخلية حيود معظم الدائري (تقريبا متساوية). الصحافة ' متابعة ' لتحديد مركز الصفيف نمط حيود.
انقر فوق ' دمج ' لإجراء تكامل الصورة حيود السمتية.
إدخال المعلمات الهندسة: حجم بكسل (110 ميكرون) وعينه-كاشف المسافة (79 مم) والطول الموجي (1.24 انغستروم) والصحافة الاستمرار في توليد نمط حيود مسحوق 1 د.
تصدير نمط الحيود مسحوق كملف.chi لإنتاج مجموعة واسعة زاوية التشتت (2 θ) مقابل قيم الكثافة.
تحديد الخلفية ممثلة ببعثرة من بولي أميد بوليميد النسخ على العينة باستخدام البرمجيات المناسبة. ملاحظة: الكتاب في هذه التجربة تستخدم بووديركس ¹⁸ و ¹⁹ من ريتان لتنفيذ الطرح الخلفية من نمط الحيود مسحوق 1 د.
تنفيذ الخطوات 7.1-7.9 ل dataset تشغيل مسجل لكثافة إكسفيل مختلفة-
حدد قيمة الكثافة أعلى من التشكيلات الجانبية الحيود مسحوق ثلاث.
تطبيع كافة التشكيلات الجانبية إلى ذروة الأكثر كثافة في النمط – الذروة (111)-
مؤامرة أنماط الحيود مسحوق الأشعة السينية د 1 الحصول عليها من "السنكروتروني الأسترالية" (كما هو موضح في القسم 2 من البروتوكول)، الجريان 100% وقضية التمويه 10% على المحاور نفسها باستخدام برامج رسم عامة ( الشكل 3 أ-ج)-
اختياري: تميز الهيكل قبل تنفيذ أساليب تحليل إضافي من اختيارك. تم إجراء تحليل البيانات بلورية من هذه التجربة باستخدام برنامج ريتان-2000 (التي تضم وظيفة تريا ²⁰ ^، ²¹ كدالة الشخصية الزائفة-فويجت سبليت) إلى تحليل انعكاسات براج. أجرى "تحليل الانتروبيا" أقصى استخدام البرمجيات بريما ²² للتأكد من أن هيكل المتصلة بكثافة إكسفيل 10% ومجموعات البيانات "الأسترالية السنكروتروني" مطابقة هيكل المنشورة لدرجة حرارة الغرفة لجنة الاتصالات الفدرالية ج ₆₀.

Representative Results

الحيود مسحوق إكسفيل

البيانات المقدمة للتمويه 100% حادث الحيود مسحوق إكسفيل هو نتيجة لجمع أكثر من 1000 طلقة واحدة القياسات لإنتاج مسحوق-حلقة كاملة بدقة أفضل من 2.

مقارنة ملفات تعريف الحيود مسحوق

وحددت على قمم براج لحلقات حيود وتحجيم لأول انعكاس الذروة (أشده) (111). ويبين الشكل 3 ملامح خط حيود مختلفة الثلاثة. بمقارنة ملامح خط من ثلاثة أنماط الحيود، نلاحظ أن الحيود البيانات المسجلة في "السنكروتروني الأسترالية" مطابق تقريبا للتشكيل الجانبي براج لينظر في بيانات إكسفيل 10%. ولوحظت بعض الاختلافات الطفيفة جداً في مرتفعات النسبي من قمم براج، ولكن لا مواقفها. في تناقض صارخ، يكشف الشخصية قوة 100 ٪ بيانات الحيود مسحوق إكسفيل وجود قمم إضافية لا ينظر في ملف البيانات إكسفيل 10%، ولا في صورة بيانات السنكروتروني. يتم تحديد مواقع هذه الأفكار الإضافية في الجدول 1. ولتفسير هذه الاختلافات، شيد تعديلاً لنموذج الحيود المتوقعة من درجة حرارة الغرفة كريستال₆₀ ج لجنة الاتصالات الفدرالية.

الأشعة السينية حيود النمذجة في درجة حرارة الغرفة بنية₆₀ج لجنة الاتصالات الفدرالية

ويرد كثافة قمم الحيود مسحوق المرتبطة بانعكاسات راج من الكريستال
Equation 3 (1)،

حيث Equation 4 هو ناقل نثر, ك هو عامل المقياس، Equation 5 هو عامل التعدد، L_p هو عامل لورينتز-الاستقطاب، ث() الدالة الشخصية الذروة وهو M العدد ج₆₀ الجزيئات الواردة في حجم التشتت الموجود في مواقع البحث والتطوير_م. عامل الشكل الجزيئي (مهرجان)، Equation 6 ، لهو جزيء₆₀ ج

Equation 7 (2)،
حيث r_j هو موضع ذرة كربون^ال يفي جزيء وو_ج هو عامل تشتت ذرية من ذرة الكربون.

تعريف المعلمات خلية وحدة من الكريستال ومواقف تأملات المسموح بها لنمط حيود الأشعة سينية مسحوق. استخدام معلمات معروفة من درجة حرارة الغرفة لجنة الاتصالات الفدرالية (وحدة طول الخلية، والمواقف جزيء داخل الخلية وحدة) ج₆₀، جنبا إلى جنب مع الهندسة التجريبية في تجربة حيود الأشعة السينية، ويمكن المواقف المتوقعة من قمم (تأملات براج) حساب باستخدام مهرجان ج₆₀ ومكافئ. 1 ومكافئ. 2.

حيود الأشعة السينية نمذجة البيانات إكسفيل 100%

علينا أن نبدأ بافتراض أن لا تحدث تشوهات كبيرة/التحولات أو التشريد من النواة من مواقعها المثالية خلال خ 32 مدة نبض الحادث كمسبق المقترحة في الدراسات^،من²³²⁴. بدلاً من ذلك، أن تغيير كبير في كثافة ينظر في بيانات إكسفيل 100% بدلاً من ذلك يجب أن يكون مدفوعا بالطلبات الإلكترونية هيكل الجزيئات₆₀ ج. في ما يلي يصف لنا نموذجا يستنسخ ميزات البيانات الحيود إكسفيل 100%، عن طريق تعديل توزيع مركز متماثل من جزيئات₆₀ ج الملاحظة تجريبيا.

في حالته العادية، محايدة، صيانة بنية بلورية ج₆₀ حلقية القوى التي هي الناجمة عن التقلبات الآنية في كثافته إلكترون. الظروف التجريبية الموصوفة هنا، مع ذلك، ينشئ التأين للنظام مجال الكهربائي داخلية قوية التي يدفع لحظات ثنائي قطب كهربائي في الجزيئات بالاستقطاب. سبق تشكيل قطبانيه في ج₆₀ وقد لوحظ فقط في جزيئات مفردة ومجموعات صغيرة باستخدام التقنيات البصرية مثل مطيافية الأشعة فوق البنفسجية²⁵. هنا إعادة توزيع كثافة الإلكترونات ولاحظ غير الواضح بعيد المدى وطويلة الأمد بالنسبة إلى مدة نبض إكسفيل على حد سواء حيث أن لوحظت إثارة في نمط حيود الأشعة السينية بلورية.

هذه النتائج في محاذاة قطبانيه المجاورة عن طريق قيام تفاعل كولومب، وفصل بنية إلكترونية من البنية الأساسية النووية على فترات زمنية تتراوح بين 10 خ. اتهم هذا يؤثر المحاذاة التناظر الناتجة من جزيء₆₀ ج (انظر الشكل 4). فقدان التماثل كروية للجزيء يؤدي إلى مساهمة مرحلة إضافية في مطال تشتت، نظراً لجزيئات₆₀ "مفس ج" لم تعد وظائف حقيقية ولكنها معقدة.

مهرجان دوري متفاوتة استخدمت لنموذج حدوث التوزيع اللامتكافئ تهمة الجزيئية التي شرد توزيع كثافة الإلكترونات من جزيء^ال منسبة إلى موضعه في بنية بلورية. مع هذا التعديل ج₆₀مهرجان، تمكنا من إجراء نسخ متماثل الشخصية كثافة ينظر في بيانات إكسفيل 100%.

مكافئ. 2 يوفر الأساس لبناء تعبير لعامل التشتت، الذي يلتقط الارتباطات الإلكترونية البعيدة المدى التي تكونت من قطبانيه الناجمة عن إكسفيل في البيانات إكسفيل 100%. ومن هذا يمكن بناؤها دالة مهرجان جديد، تعديل إلى حساب للجزيئات المستقطبة₆₀ ج،:

Equation 8 (3)،

حيث Equation 9 هو مهرجان جزيئات₆₀ ج مثالية (قدمها مكافئ. 2) و Equation 10 يعرف متجه الاستقطاب من ثنائي قطب إكسفيل التي يسببها. الحد الأقصى Equation 11 ، ويقارب 3 مكافئ. 2 مكافئ. ويتم استرداد البيانات حيود السلطة 10% درجة حرارة الغرفة. مثل Equation 12 الزيادات، يتم تبديل التماثل للجزيء، وتبدأ نسب جميع قمم الحيود ممكن أن تختلف. التوزيع الفعلي للجزيئات المستقطبة في شعرية مكعب يؤثر على نمط الحيود الناتج عن ذلك.

عندما Equation 13 ويتم تبديل التماثل جزيء₆₀ ج ونسب جميع قمم الحيود ممكن تبدأ تختلف بالنسبة إلى نمط حيود طاقة منخفضة. لاحتواء البيانات في هذا النموذج، قيم Equation 14 وبحثت، عرض اتفاق جيد في ≤ 2θ ≤ 20° 30 ° مجموعة من الزوايا ونثر ل Equation 16 .

وكان الهدف المقصود من هذه التجربة لقياس الدرجة التي فوتويونيسيشن العشوائية كقذيفه في ذرات الكربون يؤثر على كثافة ديفراكتيد قياس نانوكريستالس₆₀ ج لجنة الاتصالات الفدرالية. فوتويونيسيشن من كشل الإلكترونات في ذرات الكربون (الطاقة ملزمة إلكترون = 284 eV) تعديل عوامل تشتت ذرية، و_ج، ينظر إليها على أنها سعة انخفاض نثر داخل العالية Equation 4 المناطق ونثر. كشل ثقوب في ذرات الكربون داخل جزيئات₆₀ ج مرتبة في شبكة بلورية أسباب تعديلات الاتساع ونثر الانعكاسات براج.

كنا نتوقع أن نلاحظ تزايد خلفية الخواص، تعتمد على التمويه فوتون المطبقة على عينات نانوكريستال المجفف طبقاً للافتراضات الأساسية التالية: 1) أن فوتويونيسيشن كقذيفه في الكربون هو عملية مهيمنة في تفاعل إكسفيل عينة، 2) أن فوتويونيسيشن من ذرات الكربون الفردية لا يرتبط بأي الذرات الأخرى في البلورة، 3) أن الإلكترونات فوتويونيزيد يظل الطابع لمدة النبض وبالتالي الإسهام في الخلفية مستمرة إشارة.

وكان ما لاحظنا فعلا في التجربة وجود قوي، يحظر تأملات في درجة حرارة الغرفة، لجنة الاتصالات الفدرالية نانوكريستالس ج₆₀ عندما تم إخضاع العينة لنبضات إكسفيل الطاقة 100%. لا يمكن أن تفسر أحداث التأين الطابع، وعشوائية للملاحظة المحرمة تأملات.

ويبين الشكل 3 مظهر هذه الأفكار المحرمة، تزامنت مع انخفاض كبير في الكثافة الانعكاسات FCC المسموح بها. لا يمكن وصف هذه التغييرات بأي طلب أورينتاشونال محددة من جزيئات₆₀ ج مثالية في الكريستال المشبك.

وقد ثبت وفقا لدينا تحليل¹، مترابطة، غير سينتروسيميتريك تهمة توزيع على كل جزيء₆₀ ج (مكافئ. 4)، الوسيلة الوحيدة لتوليد ملف تعريف حيود مسحوق نموذجية التي تطابق البيانات التجريبية (ينظر في الشكل 5). للمقارنة، ترد جميع البيانات والنماذج معا، ولكن المقابل عمودياً فيما يتعلق ببعضها البعض، على نفس المحور في الشكل 6.

الشكل 1. إعداد نموذج الحيود مسحوق إكسفيل والهندسة
(أ) عينة صاحب المستخدمة لوضع مسحوق الكريستال₆₀ ج المسح للهدف ثابت. الإطار عينة هو مصنوع من الألمنيوم. القياسات التي أشارت إلى وحدات ملم. تقريبية في أبعاد الخلايا العينة 2 ملم × 12 ملم. (ب) "تصوير ج"₆₀ كريستال مسحوق تطبيقها في ثلاث خلايا (تعتبر الخلايا الملونة مظلم) مع دعم بوليميد تطبيقها (الدعم الفيلم الصفراء على رأس صاحب العينة). (ج) التخطيطي للتجربة₆₀ ج. العينة هي النقطية الممسوحة ضوئياً في الاتجاهين x-y في اللقطة التصوير المخطط. تركز مرايا ب ك شعاع إكسفيل إلى حجم بقعة من 300 نانومتر نانومتر x 300 في العينة. عينات تجري في فراغ استقرار شروط العينة والتقليل من إمكانية تفاعل الأشعة السينية مع تشتت مصادر أخرى بخلاف العينة. ضرب الواردة إكسفيل الحبوب مسحوق الكريستال في زنزانات حامل عينة، ونمط حيود يتم تسجيلها في كشف كسباد. هو التوصل إلى حل ل 1.5 Å بإعداد العينة للكشف عن المسافة إلى 79 مم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة النسخة أكبر من هذا الرقم-

الرقم 2. كسباد
لاحظ أن شريط مقياس اللون الأبيض في)، ب) ودال) يمثل 40 مم.
(أ) كسباد الساحة المظلمة. ويتألف الجهاز من 32 وحدات مستطيلة الشكل، يمكن تغيير المواقف التي بنقل والأيبوكسي إلى الخارج إلى سجل زاوية مرتفعة حيود حسب الحاجة. (ب) قد لخص إطارات البيانات الخام (الربع الأيمن العلوي، أكثر من 1000 لقطة قد لخص) قبل تصحيح الخلفية والساحة المظلمة. (ج) الحيود الفردية لقطات تثبت تبعثر إشارة الحيود. (د) تعريف الشخصية الحيود تظهر أيضا خواتم الحيود مسحوق يقوم بجمع الإطارات حيود 1500 مع خلفية إشارة الطرح المطبقة على الإطارات المفردة.

الشكل 3. بيانات الحيود مسحوق
(أ) أزيموثالي متوسط أنماط الحيود dataset إكسفيل 10%، 100% إكسفيل dataset والسنكروتروني dataset. يتم الإشارة إلى مواقف قمم براج لجنة الاتصالات الفدرالية يتفق مع هيكل لجنة الاتصالات الفدرالية₆₀ درجة حرارة الغرفة ج. (ب) المنطقة اقحم عرض تأملات في هيكل لجنة الاتصالات الفدرالية 100% بين نثر زوايا 10⁰ ≤ 2θ ≤ 13⁰ لا ينظر في التشكيلات الجانبية اثنين آخرين. (ج) المنطقة اقحم عرض التشكيل الجانبي ذروة مختلفة في البيانات إكسفيل 100% بين نثر زوايا 20⁰ ≤ 2θ ≤ 28⁰. البيانات إكسفيل 10% والبيانات السنكروتروني تفي بقواعد الاختيار لهياكل لجنة الاتصالات الفدرالية تتألف من جزيئات سينتروسيميتريك إلكترونيا. ومع ذلك وجود قمم إضافي (تأملات) ينظر في بيانات إكسفيل 100% ينتهكون هذه القواعد التحديد. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

e = "1" >

الشكل 4. تشويه عابرة من C60
التخيل لمحاذاة قطبانيه داخل بنية شعرية لجنة الاتصالات الفدرالية خلال مرحلة عابرة الإلكترونية مرتبطة. هي جزيئات₆₀ ج بمجالات الأزرق ونصائح أحمر يمثل اتجاه قطبانيه مرتبة.

الشكل 5. نموذج الحيود مسحوق
مسحوق حيود الشخصية التي تم إنشاؤها بواسطة نمذجة هيكل لجنة الاتصالات الفدرالية ج₆₀ (باستخدام مكافئ 1 و 2) مقارنة بنموذج لهيكل₆₀لجنة الاتصالات الفدرالية ج تعرض لكثافة 100% نبض إكسفيل (باستخدام مكافئ 1 و 3). حددت هي المسمى قمم براج. يتم تمييز منطقة الاهتمام (20° ≤ ≤ 2θ 30°) بخط منقط. على الرغم من أن نموذج لجنة الاتصالات الفدرالية يصف شدة جيدا انعكاسات المسموح بها، إلا أنها لا تفسر وجود عدد من قمم إضافية (انظر الشكل 2 أ وب) ولاحظ لكثافة 100% إكسفيل البيانات. السبب في ذلك أن ترجمة بسيطة للكتلة الجزيئية (الشكل 3) على طول محور بلورية شعرية مكعب يعطينا صورة غير مكتملة لترتيب أورينتاشونال ج₆₀ الجزيئات المستقطبة في مكعب شعرية. على النقيض من ذلك الطراز إكسفيل 100%، الذي يأخذ في الاعتبار المستحثة التأين محاذاة قطبانيه داخل لجنة الاتصالات الفدرالية شعرية (كما هو موضح في الشكل 4)، يستنسخ كل من قمم إضافية في كثافة 100% إكسفيل البيانات. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الشكل 6. مسحوق الشخصية المقارنة بين النموذج والبيانات
مقارنة بين نوعي ملامح خط لثلاثة أنماط الحيود المسجلة تحت ظروف الإضاءة المختلفة تجريبيا. وباﻹضافة إلى ذلك، حساب ملامح خط باستخدام معادلات 2 و 3 باستخدام نموذجنا ترد. فمن الواضح أن الأخذ مهرجان تعديله دورياً، تعريف خط طراز إكسفيل 100% تتفق مع البيانات إكسفيل 100%.

قياس التشتت الزوايا للتأملات إضافي (deg.)	زوايا نثر المحسوبة للأفكار الإضافية (deg.)
21.31	21.25، 21.45
23.23	22.99, 23.02, 23.39
24.44	24.29، 24.43، 24.47، 24.64
26.6	26.51، 26.67

الجدول 1. تأملات براج ينظر في بيانات إكسفيل
مجموعة تأملات براج يقاس داخل 20⁰ ≤ 2θ ≤ 30⁰ للبيانات الحيود إكسفيل 100%، فضلا عن تلك التي تحسب باستخدام اقنس. 1-4.

موقف جزيء	المحاذاة
(0,0,0)
(0.5,0.5,0)
(0.5,0,0.5)
(0,0.5,0.5)

الجدول 2. لجنة الاتصالات الفدرالية المحاذاة الجزيئية خلال عابرة ترتبط المرحلة
يصف هذا الجدول محاذاة جزيئات₆₀ ج الاستقطاب خلال المرحلة ترتبط عابرة من الكريستال ذوي الخبرة خلال نبض إكسفيل.

Discussion

معايرة إطارات البيانات الحيود.

. ملفات اكستاسي (التي تحتوي على البيانات من تشغيل كاملة) تحتوي على معلمات المعايرة التي تحدد الترتيب هندسية من وحدات كسباد (كما هو موضح في الشكل 2 ألف) أثناء التجربة. الترتيب الصحيح للبيانات المسجلة في الوحدات الفردية أمر حاسم لتجميع صور البيانات حيود الفردية تتألف البيانات المسجلة في كل تشغيل. في الوقت الذي تم إجراء التجربة موقع ملف المعايرة التي تحتوي على المعلمات الصحيحة لا تلقائياً أنشئت ولازم الحساب اليدوي بالفريق لتصحيح المشكلة. بسبب معايرة البيانات كان هناك فارق زمني بين إعداد مجموعة بيانات لقطة تشغيل، والتحقق من نجاح تشغيل عبر الساحة المظلمة والخلفية المنفذ وقت إضافي ينفق طرح مجموع إطارات الصور في مجموعة البيانات.

كريستال أحجام.

في بعض إكسفيل الأولية تشغيل اللقطة، البلورة الأحادية قوية وشوهدت تأملات براج في بعض إطارات الصور. وهذا نتج عن بعض من العينة₆₀ ج لا تسحق ناعما ما يكفي. مراقبة الانعكاسات الضوئية من مسحوق سحقت يشير إلى أن الأوجه البلورية كبيرة جداً (تتوافق مع الطول الموجي للضوء المرئي ~ 400-700 نانومتر). يجب فحص المسحوق لهذه الأفكار في مرحلة سحق، وإذا كانت قوية، البلورة الأحادية التي تعتبر تأملات براج في البيانات المسحوق يلزم كذلك سحقهم.

نظراً لنتائج هذه التجربة لم يتوقع أو يخطط لجمع البيانات الحيود مسحوق ناجحة للعينة₆₀ ج حصل فقط على اثنين من إعدادات كثافة المتطرفة (الجريان 10% و 100%). شعاع الوقت في المنشأة محدودة ومن ثم أي إعداد أو حساب، أو نموذج معالجة الأخطاء والقضايا أثرا كبيرا على خطة تجريبية. على نطاق واسع يفصل الأكثر كثافة الحوادث كانت الأولوية للنقاط وكان هناك شعاع عدم كفاية الوقت متاح لجمع إحصاءات موثوق بها عن أي نقاط وسيطة. ولذلك، نحن لم تكن قادرة على تقييم تجريبيا نقطة الانطلاق من حيث التمويه إكسفيل الذي يحدث هذا التغيير مرحلة عابرة.

الدراسات الأولية.

جمع بيانات الحيود مسحوق في "السنكروتروني الأسترالية"، من نفس العينة₆₀ج قياسا على إكسفيل. سينتشروترونس تستخدم بشكل روتيني للشاشة لمناسبة إكسفيل يستهدف²⁶، وفي هذه الحالة إيجابي أكد أن البيانات حيود في كثافة إكسفيل 10%، تمشيا مع هيكل الدولة الأرض لجنة الاتصالات الفدرالية في ج₆₀.

عينة وكاشف توهين.

معايرة للتمويه الحادث من خلال تكيف المخففات السليكون المنبع العينة ضروري، سيما وأن تجري دراسة التأثير كثافة تعتمد. من الأهمية أيضا تشييد موهن الألمنيوم مناسبة في الكاشف، مطابقة للتمويه الحادث.

ضرب العينة في الموقع لجهة شعاع.

موقع الفور التنسيق كيلو بايت في إكسفيل أساسي أيضا لمراقبة ظاهرة المبلغ عنها، حيث يجب أن تكون كثافة التدفق على العينة كافية للحث على تشكيل قطبانيه طوال البلورة. قياس حجم الحفر تم إنشاؤها بواسطة شعاع إكسفيل في بلورة ياج باستخدام المجهر الضوئي، فضلا عن إجراء مسح عينة غرامة على طول المحور البصري، ويبحث في كثافة حيود تم استخدامه لتحديد موقع الطائرة التنسيق.

في المستقبل سوف يتم استكشاف تطبيقات لهذا العمل عددا أكبر من كثافة الحوادث فضلا عن المدد النبض. هذا العمل آثار محتملة للتجارب القادمة تحليل حيود البيانات المجمعة من نانوكريستالس في مصادر إكسفيل. كما يقدم رؤى جديدة في التفاعل الأساسية من إكسفيلس مع هذه المسألة، تسليط الضوء على أن إكسفيلس لديها القدرة على استكشاف فيزياء جديدة لا في حدود علم البلورات التقليدية.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

الكتاب تقر بالدعم الأسترالي البحوث مجلس مركز التميز في "التصوير الجزيئي المتقدمة". أجزاء من هذه البحوث أجريت في لكلس، منشأة مستخدم وطني تديرها جامعة ستانفورد بالنيابة عن "وزارة الطاقة الأمريكية"، مكتب العلوم الأساسية في الطاقة. نعترف بتمويل السفر المقدمة من "البرنامج الدولي للوصول السنكروتروني" الذي يديره AS ومن الحكومة الأسترالية. وبالإضافة إلى ذلك، بعض هذه البحوث أجريت في بيملينيس MX1 و MX2 في AS، فيكتوريا، أستراليا. الكاتب الاشتراكات: درجة البكالوريوس كان مسؤولاً عن تخطيط وإدارة جميع جوانب المشروع التجريبي. تم تصميم التجارب بدرجة البكالوريوس، R.A.D.، هندي، ماديرا، وبكالوريوس G.J.W.، H.M.Q.، K.A.N.، و R.A.D. كتب لكلس الاقتراح الأصلي. جاف، R.A.D.، R.A.R.، A.V.M.، والمفوضية الأوروبية، وجنوب غرب الاضطلاع بأعمال المحاكاة. بكالوريوس، R.A.D.، ماديرا، هندي، M.W.M.J.، R.A.R.، وتمكن، F.H.، G.J.W.، نشرة، م. م.، مف، A.G.P.، C.T.P.، A.V.M.، و K.A.N. جمع البيانات التجريبية في لكلس. جنوب غرب و V.A.S. وراد جمع البيانات التجريبية في "السنكروتروني الأسترالية". أدى C.T.P. و A.V.M. بتحويل البيانات التجريبية والتحليل. بكالوريوس، ماديرا وتمكن E.B. كانت مسؤولة عن تصميم حامل العينة والاختبار. R.A.R، بكالوريوس، جنوب غرب، A.V.M و H.M.Q كتب هذه المخطوطة. تتم صياغة الضرر الإلكترونية داخل نظرية الاتساق ب H.M.Q. و K.A.N.؛ R.A.D. تصور فكرة تطبيق هذه الشكلية على C60.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Macroscopic 99.5+ % pure C60	SES RESEARCH
Pestle and mortar	Sigma Aldrich		used for crushing C60 powder;
Aluminium sheet			used for constructing sample holder
kapton polyimide film	Du Pont		http://www.dupont.com/products-and-services/membranes-films/polyimide-films/brands/kapton-polyimide-film/
CXI beamline	SLAC		http://scripts.iucr.org/cgi-bin/paper?yi5003
safety glasses
biosafety cabinet