Nanosonda rentgenowska

Twarda nanosonda rentgenowska w Centrum Materiałów Nanoskalowych (CNM), Argonne National Lab rozwinęła najnowocześniejszą technologię, zapewniając twardą mikroskopię rentgenowską linia badawcza o najwyższej rozdzielczości przestrzennej na świecie. Zapewnia obrazowanie fluorescencyjne, dyfrakcyjne i transmisyjne za pomocą twardego promieniowania rentgenowskiego w rozdzielczości przestrzennej 30 nm lub lepszej. Dedykowane źródło, linia świetlna i optyka stanowią podstawę tych możliwości. Ten unikalny instrument jest nie tylko kluczem do określonych obszarów badawczych CNM; będzie również narzędziem ogólnym, dostępnym dla szerszej społeczności nanonauki w badaniu nanomateriałów i nanostruktur, szczególnie w przypadku struktur osadzonych.

Połączenie dyfrakcji, fluorescencji i kontrastu transmisji w jednym narzędziu zapewnia unikalne możliwości charakteryzowania nanonauki. Obecne twarde mikrosondy rentgenowskie oparte na płytek strefowych Fresnela wykazały rozdzielczość przestrzenną 150 nm przy energii fotonów 8-10 keV. Wraz z postępem w produkcji optyki płyt strefowych, w połączeniu ze zoptymalizowaną konstrukcją linii wiązki, celem wydajności jest rozdzielczość przestrzenna 30 nm. Nanosonda obejmuje zakres spektralny 3-30 keV, a odległość robocza między optyką skupiającą a próbką zwykle mieści się w zakresie 10-20 mm.

Tryby działania

Transmisja . W tym trybie można zmierzyć tłumienie lub przesunięcie fazowe wiązki promieniowania rentgenowskiego przez próbkę. Kontrast absorpcji można wykorzystać do mapowania gęstości próbki. Poszczególne składniki pierwiastków można zlokalizować za pomocą pomiarów po każdej stronie krawędzi absorpcji, aby uzyskać obraz różnicy specyficzny dla pierwiastka o umiarkowanej czułości. Obrazowanie z kontrastem fazowym może być czułe na strukturę wewnętrzną, nawet gdy absorpcja jest niska, i można je poprawić, dostrajając energię promieniowania rentgenowskiego.

Dyfrakcja . Mierząc promieniowanie rentgenowskie odbite od próbki, można uzyskać lokalne informacje strukturalne, takie jak faza krystalograficzna, odkształcenie i tekstura, z dokładnością 100 razy większą niż w przypadku standardowej dyfrakcji elektronów .

Fluorescencja . Indukowana fluorescencja rentgenowska ujawnia rozkład przestrzenny poszczególnych pierwiastków w próbce. Ponieważ sonda rentgenowska oferuje 1000 razy wyższą czułość niż sondy elektronowe, technika fluorescencyjna jest potężnym narzędziem do ilościowej analizy pierwiastków śladowych, ważnej dla zrozumienia właściwości materiałów, takich jak cząstki drugiej fazy, defekty i segregacja międzyfazowa.

Spektroskopia . W trybie spektroskopii energia pierwotnej wiązki promieniowania rentgenowskiego jest skanowana wzdłuż krawędzi absorpcji pierwiastka, dostarczając informacji na temat jego stanu chemicznego ( XANES ) lub jego lokalnego środowiska ( EXAFS ), co pozwala na badanie nieuporządkowanych próbek.

Polaryzacja . Dostępne będą zarówno promienie rentgenowskie spolaryzowane liniowo, jak i kołowo. Kontrast wynikający z polaryzacji jest nieoceniony w rozróżnianiu sygnałów fluorescencyjnych i dyfrakcyjnych oraz obrazowaniu struktury domen magnetycznych przy użyciu technik takich jak dichroizm liniowy i kołowy oraz dyfrakcja magnetyczna.

Tomografia . W tomografii rentgenowskiej jeden z tych trybów jest połączony z obracaniem próbki w celu wytworzenia serii dwuwymiarowych obrazów projekcyjnych, które mają być wykorzystane do rekonstrukcji wewnętrznej trójwymiarowej struktury próbki. Będzie to szczególnie ważne w przypadku obserwacji morfologii złożonych nanostruktur.

Podsumowując, twarda nanosonda rentgenowska zapewnia takie korzyści, jak nieinwazyjność i ilościowość, wymaga minimalnego przygotowania próbki, zapewnia suboptyczną rozdzielczość przestrzenną, zdolność penetracji wnętrza próbki i badania jej wewnętrznej struktury oraz zwiększoną zdolność do badania procesy na miejscu. Inną ważną różnicą w stosunku do sond cząstek naładowanych jest to, że promieniowanie rentgenowskie nie oddziałuje z przyłożonymi polami elektrycznymi lub magnetycznymi, co jest zaletą w badaniach terenowych. Projekt linii wiązki nanosondy ma na celu zachowanie tych potencjalnych zalet.

Zajęcia

• Twarda nanosonda rentgenowska
• Optyka o dużej aperturze numerycznej do twardych promieni rentgenowskich
• Pomiary stroboskopowe z rozdzielczością czasową
• Obrazowanie pełnego pola
• Badania in situ procesów wzrostu nanomateriałów
• Obrazowanie fluorescencyjne , dyfrakcyjne i transmisyjne z kontrastem fazowym sondy skanującej
• Rozpraszanie zależne od polaryzacji
• Ogólna charakterystyka nanomateriałów za pomocą promieni rentgenowskich, w tym rozpraszania pod małymi kątami (SAXS)