Röntgen nanosond

Den hårda röntgen-nanosonden vid Center for Nanoscale Materials (CNM), Argonne National Lab, avancerade det senaste genom att tillhandahålla en hård röntgenmikroskopistrållinje med den högsta rumsliga upplösningen i världen. Den tillhandahåller fluorescens-, diffraktions- och transmissionsavbildning med hårda röntgenstrålar vid en rumslig upplösning på 30 nm eller bättre. En dedikerad källa, strållinje och optik utgör grunden för dessa möjligheter. Detta unika instrument är inte bara nyckeln till CNM:s specifika forskningsområden; det kommer också att vara ett allmänt verktyg, tillgängligt för det bredare nanovetenskapliga samhället för att studera nanomaterial och nanostrukturer, särskilt för inbäddade strukturer.

Kombinationen av diffraktion, fluorescens och transmissionskontrast i ett enda verktyg ger unika karakteriseringsmöjligheter för nanovetenskap. Aktuella hårdröntgenmikrosonder baserade på Fresnel-zonplattoptik har visat en rumslig upplösning på 150 nm vid en fotonenergi på 8-10 keV. Med framsteg inom tillverkningen av zonplattaoptik, i kombination med en optimerad strållinjedesign, är prestandamålet en rumslig upplösning på 30 nm. Nanosonden täcker spektralområdet 3-30 keV, och arbetsavståndet mellan fokusoptiken och provet är vanligtvis i intervallet 10-20 mm.

Driftsätt

Transmission . I detta läge kan antingen dämpning eller fasförskjutning av röntgenstrålen av provet mätas. Absorptionskontrast kan användas för att kartlägga provets densitet. Särskilda elementära beståndsdelar kan lokaliseras med hjälp av mätningar på varje sida av en absorptionskant för att ge en elementspecifik skillnadsbild med måttlig känslighet. Faskontrastavbildning kan vara känslig för inre struktur även när absorptionen är låg och kan förbättras genom att justera röntgenenergin.

Diffraktion . Genom att mäta röntgenstrålar som diffrakteras från provet kan man få lokal strukturell information, såsom kristallografisk fas, töjning och textur, med en noggrannhet som är 100 gånger högre än med standard elektrondiffraktion .

Fluorescens . Inducerad röntgenfluorescens avslöjar den rumsliga fördelningen av enskilda element i ett prov . Eftersom en röntgensond erbjuder 1 000 gånger högre känslighet än elektronsonder, är fluorescenstekniken ett kraftfullt verktyg för kvantitativ spårelementanalys, viktigt för att förstå materialegenskaper som andrafaspartiklar, defekter och gränssnittssegregering.

Spektroskopi . I spektroskopiläge skannas den primära röntgenstrålens energi över absorptionskanten av ett element, vilket ger information om dess kemiska tillstånd ( XANES ) eller dess lokala miljö ( EXAFS ), vilket möjliggör studier av oordnade prover.

Polarisering . Både linjärt och cirkulärt polariserad röntgenstrålning kommer att finnas tillgänglig. Kontrast på grund av polarisation är ovärderlig för att särskilja fluorescens- och diffraktionssignaler och avbilda magnetiska domänstrukturer genom att använda tekniker som linjär och cirkulär dikroism och magnetisk diffraktion.

Tomografi . I röntgentomografi kombineras ett av dessa lägen med provrotation för att producera en serie tvådimensionella projektionsbilder, som ska användas för att rekonstruera provets inre tredimensionella struktur. Detta kommer att vara särskilt viktigt för att observera morfologin hos komplexa nanostrukturer.

Sammanfattningsvis ger en hård röntgen nanosond fördelar som att vara icke-invasiv och kvantitativ, kräver minimal provberedning, ger suboptisk rumslig upplösning, har förmågan att penetrera inuti ett prov och studera dess inre struktur och ha förbättrad förmåga att studera processer på plats. En annan viktig skillnad från sonder med laddade partiklar är att röntgenstrålar inte interagerar med pålagda elektriska eller magnetiska fält, vilket är en fördel för studier i fält. Utformningen av nanoprobens strållinje syftar till att bevara dessa potentiella fördelar.

Aktiviteter

• Hård röntgen nanosond
• Stor numerisk bländaroptik för hårda röntgenstrålar
• Tidsupplösta, stroboskopiska mätningar
• Helfältsavbildning
• In situ studier av tillväxtprocesser för nanomaterial
• Skanningssonds fluorescens- , diffraktions- och transmissionsfaskontrastavbildning _
• Polarisationsberoende spridning
• Generell karakterisering av nanomaterial med röntgenstrålar, inklusive liten vinkelspridning (SAXS)