Use of the Advanced Photon Source and Center for Nanoscale Materials, Office of Science User Facilities operated for the U.S. Department of Energy (DOE) Office of Science by Argonne National Laboratory, was supported by the U.S. DOE under Contract No. DE-AC02-06CH11357. We acknowledge Dr. Han Wen, NHLBI / National Institutes of Health, Bethesda, MD 20892, USA, for many helpful suggestions during the data processing.

Deney 1. Planlama <ol><li> synchrotron beamline tanımlayın. O beamline de deney uygunluğunu bulmak için beamline bilim adamı başvurun. NOT: Bu yazıda bildirilen deneyler APS XSD altında, optik ve dedektörler test adamıştır 1-BM-B beamline, gerçekleştirildi. </li><li> Bir kullanıcı önerisi ve kiriş zaman isteği gönderin. </li><li> Izgara ve Dedektör hizalama, 2 boyutlu dedektör (CCD veya CMOS), dedektör ve aralarında gerekli en az ve en uzak mesafeleri kapsayan uzun çeviri aşaması için motorlu aşamaları da dahil olmak üzere gerekli alet beamline bilim adamı ile deney ayrıntıları çalışmak ve belirtin faz ızgara. </li><li> İlgili web sitesinde verilen talimatları uygulayarak ışın zaman hazırlanın. Emniyet eğitimleri ve gerekli deneysel güvenlik değerlendirme formunu doldurun. </li></ol> 2-D Dama Ph 2. Hazırlıkase Izgara <ol><li> Farklı enine yön açısı İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin boyunca, interferogram desen, s θ dönemi ile ilgilidir ızgara, p, süresini belirleyin. Farklı θ açı boyunca interferogram görünürlüğü değerleri, V θ (d), ızgara-dedektör mesafesinin bir fonksiyonu, D olarak salınım. Mesafelerde bir 2-B dama π / 2 faz ızgara, V θ (d) zirveleri için, <img alt="denklem 1" src="/files/ftp_upload/53025/53025eq1.jpg" /> n = 1, 2, 3 ... ve λ foton dalga boyu ile. Interferogram desen kare bloklar çapraz yönde ve p Î¸&#39;nın bir süre = kare bloklar kenarında p / 2 boyunca p θ = p / √2 karakteristik bir süresi vardır. P seçimi dolayısıyla aşağıda dayanırkriterleri. </li><li> Emin, en azından birkaç V İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin (d) zirveleri en büyük ızgara-dedektör mesafesinde, ya da deneysel istasyon alanı sınırı, d max olun. D n karşılamak için, θ &lt;d max, aşağıda belirtildiği <img alt="denklem 2" src="/files/ftp_upload/53025/53025eq2.jpg" /> N = 5, D = maksimum 1 M için, λ = 0,06888 mil (18 keV), bu p â &lt;3.9 mikron verir. </li><li> D max içinde, θ için en büyük mesafe d, n de V θ (d) zirve yüksekliği θ birinci V İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin (d) D 1. tepe bu bir faktör y daha az olduğundan emin olmak doğru bir Gauss çürüme işlevi uydurma var. Bu nedenle, γ = V θ, N (d) &#39;/İlk tepe noktasını görüş n&#39;inci oranı V θ, 1 (d). Tutarlılık uzunluğu ile Gauss yoğunluk dağılımı, aşağıdaki x-ışını kaynağı için ξ θ ihtiyaçları bir ızgara π / 2 faz süresi tatmin <img alt="denklem 3" src="/files/ftp_upload/53025/53025eq3.jpg" /> Örneğin, γ =% 10, ξ θ = 5 um ve yukarıda belirtilen parametreler ile, bu p İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin&gt; 2.4 mikron verir. </li><li> Interferogram desen, p İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin, dönemi doğru detektör sistemleri seçerek dedektörün uzamsal çözünürlük daha birkaç kat daha büyük olduğundan emin olun. </li><li> , Λ, X-ışını foton dalga boyunda, φ, bir faz kayması için gereken ızgaranın kalınlığı T belirlemek kullanılarak <img alt="denklem 4" src="/files/ftp_upload/53025/53025eq4.jpg" /> nerede δFaz kayması malzemenin kırılma indeksi eksiltme olduğunu. Örneğin, Au kırılma indeksi azalma 18 keV 9.7 × 10 -6 olduğunu. O = π / 2 faz ızgaranın Au kalınlığı böylece 1.8 mm. </li><li> Bir silisyum nitrür desenli polimer kalıp içine Au elektro-ızgara faz (Si 3 N 4) pencere imal. Not: Metal yapı silikon nitrit hazırlanması (si 3N 4) pencere alt-tabaka ve üretim prosedürü aşağıda sunulmaktadır. <ol><li> İlk X-ışını şeffaf pencere oluşturmak için Si 3 N 4 membran bırakarak substratı hazırlayın. </li><li> (&lt;250 MPa) Si 3 N 4 bir satıcıdan ince bisküvinin her iki yanına da yüklenir düşük stres ile (Si) gofret elde edin. </li><li> bir galvanik üs olarak hareket etmek Cr ve Au yatırmak için magnetron püskürtme biriktirme sistemine gofret yükleyin. </li><li> Cr th Depozito 5 nmüreticinin talimatlarına Aşağıdaki gofret bir tarafında Au 30 nm, En. NOT: Sistem üreticisinden çökelme süreçleri biriktirme oranı gibi bilgileri içerecektir. </li><li> biriktirme aracı gofret boşaltın. imalat ızgara için Cr ve Au tevdi gofretin tarafını kullanın. </li><li> ızgaranın toplam boyutunu belirlemek ve daha sonra desen membranların biraz daha büyük bir fotolitografi maskesi tasarımı. bir satıcıdan satın alarak bir fotolitografi maskesi elde veya fotolitografi maskesi imal etmek tasarımını kullanın. </li><li> Hiçbir Cr ve Au kaplama var gofret arka tarafındaki fotorezist bir 3-mikron kalınlığında bir tabaka Spin. tasarlanmış fotolitografi maskesi kullanarak 20 saniye süreyle UV litografi aracıyla karşı Açığa. Daha sonra 30 sn sulu alkalin geliştirici çözelti içinde karşı N 2 akan deiyonize su ve kuru ile durulayın maruz geliştirin. </li><li> reaktif iyon aşındırma (RIE) aracı w içine gofret yükleyini odasına bakan ışığa desenli. Maruz Si 3 N 4 Aşağıdaki aleti talimatlarını etch CF 4 plazma kullanın. </li><li> RIE aracına aşındırma odası ve giriş etch tarifi boşaltın. Si 3 N 4 kat tamamen kazınmış ve Si katman desen maruz kadar tarifi çalıştırın. </li><li> yaklaşık 8 saat boyunca 80 ° C&#39;ye kadar ısıtıldı% 30 KOH çözeltisi içine daldırarak gofret arka maruz Si Etch. Etch oranı yaklaşık belirtilen tarifi kullanarak 75 mm / saattir. </li><li> Si aşındırma işlemi tamamlandıktan sonra N 2 akan iyonu giderilmiş su ve kuru ile durulayın. Numune imalat ızgara için hazırdır. </li></ol></li><li> Aşağıdaki adımları kullanarak ızgara aşaması için galvanik kalıp imal. <ol><li> Kare dama ızgara desen tasarımı ve 100-250 nm maruz kare desen boyutunu azaltarak öngerilme desen telafi. Grat etrafında&gt; 50 mikron genişliğinde çerçeve ekleyinDaha sonra süreç içinde kalınlık onay ing desen. </li><li> içine örnek yükleyin bir spin lak ve mevduat poli (metil metakrilat) (PMMA) pozitif numunenin ızgara tarafında çözüm karşı direnmek. Kalın istenen nihai ızgara kalınlığına bağlı olarak filmi karşı 2 3.5-um oluşturmak için karşı sıkma kaplayıcı çalıştırın. NOT: Dönüş hızı karşı film kalınlığı ile ilgili bilgi Spin eğrileri PMMA çözüm satıcı tarafından sağlanan veya ampirik olarak tespit edilebilir. </li><li> 100 keV elektron demeti sistemine gofret yükleyin. </li><li> 10 nA daha büyük bir geniş poz akımı ile maruz kalma aracı ayarlayın. </li><li> PMMA maruz alanlar geliştirme aşamasında silinecektir ızgara deseni oluşturmak için 100 keV e-ışın litografi aracını kullanarak karşı Açığa. Kalınlığını karşı bağlı 1,100-1,250 uc / cm 2 pozlama doz aralığını kullanın. </li><li> aracından örnek boşaltın. </li><li> Geliştirin karşı maruz3 (hacim ile), izopropil alkol (IPA): hafif bir döndürme ile 30-40 saniye için deiyonize su çözeltisi 7 daldırarak. IPA ile durulayın ve N 2 akan sonra kuru. PMMA tam bir optik mikroskop ile açıkta kalan alanı bakarak tarafından geliştirilen emin olun. </li><li> odasına bakan PMMA desenli bir RIE aracı haline örnek yükleyin. </li><li> RIE aracına aşındırma odası ve giriş descum etch tarifi boşaltın. Descum süreci maruz ızgara alanından herhangi bir kalıntı PMMA çıkarmak için kısa (&lt;30 sn) O 2 plazma tabanlı etch olduğunu. </li></ol></li><li> Aşağıdaki adımları kullanılarak imal kalıba elektro Au ızgara bitirin. <ol><li> Çerçeve kalınlığı onay dahil genelinde bir Profilometrenin prob tarayarak emin elektro kalıp kalınlığı olun. </li><li> 40 ° C&#39;ye kadar ısıtıldı, Au-sülfit galvanik çözeltisi içine örnek daldırın. elektro kurulum ELE ile dolu bir beher oluşmaktadırctroplating çözüm, bir sabit akım DC güç kaynağı ve bir Pt örgü anot. </li><li> maruz desen maruz Au hesaplayarak numunenin kaplama alanını belirlemek, daha sonra çökelme hızını ayarlamak için kullanılan birincil değişken istenen akım yoğunluğu, güncel hesaplar. </li><li> uygulanan akım yoğunluğu ile belirlenir kaplama oranı kullanılarak istenilen ızgara kalınlığı ulaşmak için kaplama zamanı hesaplayın. </li><li> Yaklaşık yarım toplam kaplama kez bir katot ve plaka gibi davranan, örnek üzerinde belirlenen akımı uygulamak için DC güç kaynağı açın. </li><li> Adım 2.8.1 kullanılan aynı yöntemi kullanarak kaplama kalınlığını ölçün. </li><li> dikkate adım 2.8.6 ölçülen kaplama yüksekliği alarak, istenen ızgara kalınlığa PMMA kalıp ve elektrolizle içine Au electroplate için DC güç kaynağı açın. </li></ol></li><li> örnek daldırarak ısıtılmış çözücü kullanılarak polimer kalıp çıkarmak. Sonra bir optika ile kontroll mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ızgara periyoduna, görev döngüsü ve ızgara kalınlığı onaylamak için. NOT: Deney başlamadan önce iki 2-D dama faz ızgaralar (deney için bir tane ve bir yedek olarak bir) hazır, birkaç gün var. </li></ol> Sinkrotron Tesisinde 3. Deney Kurulum ve Hizalama <ol><li> Faz ızgara maçları istenen değere X-ışını enerjisini ya da dalga boyunu ayarlamak için beamline bilim adamı isteyin. APS 1-BM beamline rutin olarak kullanılan X-ışını enerjileri 6 ve 28 keV arasında bulunmaktadır. Bu durumda, ayar 18 keV foton enerjisi. </li><li> Dedektör sistemi için istenilen objektif lens seçin. Burada, 6.45 × 6.45 mikron 2 piksel boyutu 1.392 × 1.040 görüntüleme piksel ile bir CoolSnap HQ2 CCD dedektör kullanın. En küçük girişim desenini gidermek için, AT planı Neofluar 10 × objektif kullanın. büyütme dahil detektör sisteminin etkin piksel boyutumikroskobik hedefi etkisi dolayısıyla 0.64 mm. Tahmini uzamsal çözünürlük nedeniyle detektör sisteminin nokta dağılım fonksiyonu esas olan, yaklaşık 2 mm. </li><li> mercekten &#39;çalışma mesafesi&#39; de sintilatör (kalın Lutesyumu-itriyum oxyorthosilicate, 150 mikron) yerleştirin, detektör sisteminin odak kaba ayarlamak için (~ kullanılan sistem için 5,2 mm). İlk başta, bir pico-motor kullanılarak ayarlanır scintillator pozisyonu olarak &#39;sürekli modda&#39; başlığı altında elde edilen görüntüleri izleyerek ortam ışığı altında odağı ayarlayın. </li><li> Dikey ve yatay aşamaları kiriş merkezine dedektör merkezi hizaya kullanarak, X-ışını içine 2-D dedektörü taşıyın. </li><li> X-ışını içine &#39;faz örneği&#39;, strafor, örneğin bir parça yerleştirin. Faz örnek saçılma desen gözlemlemek ve en yüksek görüntü netliği kadar scintillator konumunu ayarlayarak detektör sisteminin odaklama cezası gerçekleştirin. </li> &lt;/ Ol&gt; 4. Sahne Tutarlılık Ölçümleri <ol><li> kirişin tutarlılık ölçülecek X-ışını içine ızgara 2-B dama yerleştirin. Bu durumda, bükülme manyetik kaynaktan 34 metre mesafededir. </li><li> X-ışını yayılma yönüne dik olarak ızgara 2-B dama fazının düzlemi ayarlayın. </li><li> motorlu aşamaları kullanarak ve dedektör sürekli modda elde edilen görüntülerin bakarak X-ışını için ızgara merkezi. </li><li> Dama tahtası deseni çapraz yönde arzulanan bir enine kiriş yönünde olacak şekilde X-ışını yayılma yönüne (Y) çevresinde en ızgara döndürün. Bu durumda, kiriş yatay ve dikey yönde dama çapraz yön (tercih ölçüm tarifi) hizalayın. İnce ayar, diğer iki eksen (x ve z) etrafında ızgara dönmeler X-ray onun dikeyliğini sağlamak içinhem yatay hem de dikey yönde interferogram dönemlerini maksimize elde edilir kiriş. </li><li> kiriş yayılma yönü boyunca ızgara faz fiziksel olarak mümkün olduğunca yakın dedektör sistemi taşıyın. Bu çalışmada, 43 mm&#39;lik bir mesafe kullanımı. </li><li> girişim deseni en küçük dönemini hesaplayın. Dönem p ızgara π / 2 dama = 4.8 mm sırasıyla = diyagonal ve dama tahtası deseni olmayan çapraz yönlere boyunca 3.4 mikron ve p İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin = 2.4 mikron (en küçük dönemi) p İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin ile bir girişim deseni oluşturur. (1) düzgün bir eğri elde etmek için arada denklem tarafından verilen V θ (d) tepe pozisyonları gerekli veri noktalarının sayısını tahmin edin. </li><li> Her interferogram, bu durumda dört saniye için uygun pozlama süresini seçin. </li><li> Aynı maruz kalma süresi (örneğin, 4 saniye) ile rekor İnterferogramFarklı ızgara-dedektör mesafeleri. ışın yoğunluğu düzeyine bağlı olarak pozlama süresini seçin. Minimum ızgara-dedektör mesafe (43 mm) ile başlayarak, küçük aralıklarla X-ışınını alt detektörü (aşama 4.6 göre belirlenmiş 10 mm) taşımak ve mümkün olan en yüksek grating- kadar her algılayıcı konumu bir interferogram kayıt -dedektör mesafesi (750 mm). </li><li> Aynı maruz kalma süresi (4 saniye) ile koyu çerçeve görüntü elde ancak X-ışını demeti kapatın ve diğer tüm deneysel koşullar aynı tutmak. </li></ol> 5. Veri Analizi NOT: Veri analizi için hiçbir standart yazılım şu anda yok. <ol><li> Seçilen görüntü işleme programı kullanarak, koyu çerçeve resim (ler) ve veri görüntüde okudum. (Ortalama) koyu çerçeve görüntüsü çıkarılarak veri görüntüyü düzeltin. </li><li> Fourier (yatay görünür harmonik akım üretir görüntü düzeltilmiş koyu çerçeve, dönüşümü52 = 0º), dikey (θ = 90º) θ 45 ° ve θ = 135 ° yön = yanı sıra. </li><li> 0 inci sırası zirvesinde merkezli 0 inci sırası harmonik görüntüyü kırpın. Sırasıyla 0 inci ve yatay ve dikey yönde boyunca 1. sipariş zirveleri, arasındaki mesafeler eşit görüntünün uzunluğu ve genişliği. Benzer şekilde, faiz enine yönde boyunca aynı uzunluk ve genişlikte 1. sırası harmonik görüntüleri elde edebilir. </li><li> Fourier kırpılan harmonik görüntüleri (IFT) Transform ters. 1 st IFT görüntünün genliklerinin ortalama oranı bu yönde boyunca görünürlüğünü sağlayan 0 inci sırası harmonik görüntüden IFT görüntünün o herhangi bir enine yönde harmonik görüntü sipariş. birkaç yüksek frekans bileşenleri ölçülen interferogram var ise bu süreç geçerli olduğunu unutmayın. Aksi takdirde, tek bir karşılık gelerek kullanabilirFourier sponding harmonik tepe yoğunlukları yerine adım 5.4 görüntüleri dönüştürmek. ışın sapma nedeniyle, harmonik tepe pozisyonları farklı ızgara-dedektör mesafelerde yavaş yavaş değişecektir. Bu nedenle, &#39;p bir düzeltme, her bir mesafede İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin veya bir zirve bulma süreci gereklidir. </li><li> Farklı ızgara-dedektör mesafelerde tüm ölçülen görüntüler için yineleyin 5,1-5,4 ve her görüntünün görünürlük değeri kaydetmek. </li><li> Izgara-dedektör mesafesinin bir fonksiyonu olarak görüş V İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin (d) çizilir. V İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin (d) doruklarda veri noktaları belirleyin. tam eğrinin daha da iyi Eşitlik (1) tarafından verilen zirve konumları belirlemek için ölçüldü unutmayın. El ile her bir tepe noktasının her iki tarafında en yüksek veri noktası hem de bitişik veri noktaları seçin. </li><li> Seçilen veri noktaları için Gauss uydurma işlevini çizin. Th, θ σ, standart sapma ÖzüE Gauss uydurma fonksiyonu. </li><li> Enine tutarlılık uzunluğu elde, ξ θ kullanılarak <img alt="Denklem 5" src="/files/ftp_upload/53025/53025eq5.jpg" /></li></ol>

<ol>
	<li>Als-Nielsen, J., McMorrow, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Elements of Modern X-ray Physics. , (2011).</li><li>Born, M., Wolf, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principle of Optics. , (1999).</li><li>Lin, J. J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+Spatial+Coherence+Function+of+Undulator+Radiation+using+a+Phase+Mask.">Measurement of the Spatial Coherence Function of Undulator Radiation using a Phase Mask.</a> Phys. Rev. Lett. 90 (7), 074801 (2003).</li><li>Cloetens, P., Guigay, J. P., De Martino, C., Baruchel, J., Schlenker, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fractional+Talbot+imaging+of+phase+gratings+with+hard+X-rays.">Fractional Talbot imaging of phase gratings with hard X-rays.</a> Opt. Lett. 22 (14), 1059-1061 (1997).</li><li>Guigay, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+partial+Talbot+effect+and+its+use+in+measuring+the+coherence+of+synchrotron+X-rays.">The partial Talbot effect and its use in measuring the coherence of synchrotron X-rays.</a> J. Synchrotron Rad. 11, 476-482 (2004).</li><li>Kluender, R., Masiello, F., Vaerenbergh, P. V., H&#228;rtwig, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+spatial+coherence+of+synchrotron+beams+using+the+Talbot+effect.">Measurement of the spatial coherence of synchrotron beams using the Talbot effect.</a> Phys. Status Solidi A. 206 (8), 1842-1845 (2009).</li><li>Pfeiffer, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shearing+Interferometer+for+Quantifying+the+Coherence+of+Hard+X-Ray+Beams.">Shearing Interferometer for Quantifying the Coherence of Hard X-Ray Beams.</a> Phys. Rev. Lett. 94 (1-4), 164801 (2005).</li><li>Marathe, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+transverse+coherence+of+x-ray+beam+with+2-D+phase+grating+interferometer.">Probing transverse coherence of x-ray beam with 2-D phase grating interferometer.</a> Opt. Express. 22 (12), 14041-14053 (2014).</li><li>Shi, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circular+grating+interferometer+for+mapping+transverse+coherence+area+of+X-ray+beams.">Circular grating interferometer for mapping transverse coherence area of X-ray beams.</a> Appl. Phys. Lett. 105 (1-6), 041116 (2014).</li><li>Zanette, I., David, C., Rutishauser, S., Weitkamp, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=2D+grating+simulation+for+X-ray+phase-contrast+and+dark-field+imaging+with+a+Talbot+interferometer.">2D grating simulation for X-ray phase-contrast and dark-field imaging with a Talbot interferometer.</a> , 73-79 (2010).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Şekil 5 dört yöne boyunca tahmin edilen enine tutarlılık uzunluğunu gösterir. Açıktır ki, 90 ° yönde 0 ° yönüne göre θ yüksek Karsılık sahiptir. ışın-hattı optik ızgara göreli konumda ışın uyum üzerinde önemsiz bir etkiye sahip olduğundan, ölçülen tutarlılık alanı kaynağı boyut alanı ile ters orantılıdır. Sunulan X-ışını tutarlılık ölçüm tekniği dikey yönde (bakınız Şekil 5) boyunca kendi ana ekseni ile bir elips olarak gösterilebilir hangi doğru bu eşler. Tutarlılık uzunluğu elde etmek için gerekli olan öz-görüntüleme mesafesi etrafında kendi kendine görüntüleme mesafeleri ya da birkaç görüntüleri iyi karakterize ızgara sadece İnterferogram ile dikkat etmek önemlidir. Bu teknik sınırlamaları biri belirli bir enerji enine uygunluk ölçüm bu enerjinin için optimize edilmiş bir ızgara gerektirmesidir. technique ızgara ve detektör arasındaki mesafenin doğru ölçümü dayanır, özellikle de, Deney 8 keV de, örneğin, daha küçük bir süre ile ve daha düşük enerji de ızgara kullanılarak gerçekleştirildiğinde. ızgara dama kare bloklar diyagonal boyunca, görünürlük eğrisinde ızgara dönem uyumsuzluğu etkileri ihmal edilebilir ve daha yüksek görünürlüğü elde edilir. Bu nedenle, ızgara yönelim seçimi enine uygunluk ölçümü yapılması gerekir hangi boyunca tercih edilen yönde bağlıdır. Referans 3&#39;te tarif edilen tekniğe göre, sunulan yöntem CCF eğrisi elde etmek için herhangi bir şekil modeli varsayımı gerek yoktur. Bir tek fazlı yerine kullanılmıştır ızgarası iki ızgara interferometre sistemi 7 (kafes bir faz içeren ve ızgara bir genlik, hangi üretim sert X-ışını uygulamaları için zorlu). Tek bir ızgara kullanımı hızlı sağlarKurulum ve hizalama iki ızgara interferometre sistemi ile aynı tutarlılık bilgi sağlarken. referanslar 4-6 açıklanan çalışma ötesine geçerek, tek ızgara interferometre aynı anda dört farklı yönleri boyunca tutarlılık uzunluğu eşler. Bu teknik aynı zamanda küçük bir alanın üzerinde ışın wavefront tutarlılık yerel varyasyonlar çözme yeteneğine sahiptir. tekniği ile sağlanan X-ışını enine tutarlılık bilgi deneyleri tasarlamak için değil, aynı zamanda veri analizi için önsel bilgi olarak değil, sadece çok önemlidir. sinkrotron ve XFEL kaynaklarının tutarlılık parlaklığı sürekli bu kaynak tutarlılığı korumak için gerekli röntgen optik arttıkça değerlendirilecek ve burada açıklanan teknik (yerel) ışın wavefront enine uyumunu ölçmek için harika bir araç olabilir.

Böyle ANL, Lemont, IL, ABD (http://www.aps.anl.gov) de APS gibi üçüncü nesil sabit X-ışını sinkrotron radyasyon kaynakları, X-ışını bilimlerin gelişimine muazzam etkileri oldu . Bir senkrotron radyasyonu kaynağı, elektronlar gibi yüklü parçacıklar, dairesel bir yörüngede ışık hızına yakın hareket ettirilir X-ışını dalga boylarında, kızılötesi gelen elektromanyetik radyasyon bir spektrum oluşturur. Bu kaynaklar, yüksek parlaklık, darbeli ve piko-saniye zamanlama yapısı ve geniş mekansal ve zamansal tutarlılık olarak çok benzersiz özelliklere sahiptir. X-ışını mekansal tutarlılık üçüncü ve dördüncü nesil sinkrotron kaynaklarının önemli bir parametre ve bu özelliğin kullanılması dramatik son yirmi yılda 1 üzerinde artmıştır yapma deneyleri sayısıdır. Böyle APS depolama halkası için planlanan Çoklu-bend Achromat (MBA) kafes olarak bu kaynaklardan, gelecekteki yükseltmeleri, dramatik ışın tutarlı akı (http artacak: //www.aps.anl.gov/Upgrade/). X-ışını yüksek zamansal tutarlılık elde etmek için kristal monokromatör kullanılarak ayarlanabilir. sinkrotron kaynaklarının enine tutarlılık nedeniyle deneysel istasyona kaynağından düşük elektron ışını yayma gücüne ve uzun yayılma mesafesi laboratuvar tabanlı X-ışını kaynaklarının önemli ölçüde daha yüksektir. Normalde, Young iğne deliği çift veya çift yarık deneyi girişim saçaklar 2 görünürlük denetim yoluyla kirişin uzamsal tutarlılığı ölçmek için kullanılır. Tam kompleks uygunluk fonksiyonu (CCF) elde etmek için, sistematik olarak ölçümleri, özellikle külfetli ve pratik sert X-ışınları için,, çeşitli ayırmalar, farklı konumlarda yerleştirilmiş iki yarığı olan büyük ihtiyaç vardır. Düzgün Yedek Dizisi (URA) ayrıca maske 3 kayması faz olarak kullanılarak ışın tutarlılık ölçümü için kullanılabilir. teknik tam CCF sağlayabilir rağmenBu model ücretsiz değil. Daha yakın zamanlarda, Talbot etkisine dayalı interferometrik teknikler periyodik nesnelerin kendiliğinden görüntüleme özelliğini kullanarak geliştirilmiştir. Bu interferometreler kiriş enine tutarlılığı 4-9 elde etmek için ızgaranın aşağı birkaç kendini görüntüleme mesafelerde ölçülen interferogram görünürlük faydalanmak. İki ızgara sistemini kullanarak enine tutarlılık ölçümleri de 7 bildirilmektedir. Aynı anda dikey ve yatay yönde boyunca, enine kiriş tutarlılık Haritalama ilk JP Guigay ve arkadaşları tarafından rapor edildi. 5. Dama faz 8 ızgara ile tek ve diğer: Son zamanlarda, Optik Grubu, X-ışını Bilimleri Bölümü (XSD) bilim adamları, APS ışın fazla iki yönde aynı anda iki yöntemleri kullanarak boyunca tutarlılık içte ölçmek için iki yeni teknikler bildirilmiştir dairesel faz 9 ızgara ile. Bu yazıda kuv içindeası, ve veri analizi prosedürleri, 0 ° boyunca eş zamanlı olarak, yatay yöne göre 45 °, 90 ° ve 135 ° yön, kirişin, enine uyum elde etmek için tarif edilmiştir. Ölçümler ızgara dama π / 2 faz ile APS 1-BM beamline de gerçekleştirilmiştir. protokol bölümlerinde listelenen bu tekniğin ayrıntılarını şunlardır: Deney 1) planlaması; 2) ızgara 2-d dama fazın hazırlanması; 3) sinkrotron tesiste deneme kurulumu ve hizalama; 4) tutarlılık ölçümleri yapmak; 5) veri analizi. Buna ek olarak, temsilci sonuçlar tekniği açıklamak için verilmiştir. Bu prosedürler ızgara tasarımı asgari değişikliklerle birçok sinkrotron ışın demetleri de yapılabilir.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="628">
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:215px;">1-BM-B bending magnet x-ray source</td>
			<td style="width:128px;">Advanced photon Source/ Argonne National Lab</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"><a href="http://www.aps.anl.gov/Xray_Science_Division/Optics/Beamline/">http://www.aps.anl.gov/Xray_Science_Division/Optics/Beamline/</a></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">LYSO Scintillator</td>
			<td>Proteus Inc</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.apace-science.com/proteus/lyso.htm#top">http://www.apace-science.com/proteus/lyso.htm#top</a></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Coolsnap HQ2 CCD detector</td>
			<td style="width:128px;">Photometrics</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.photometrics.com/products/ccdcams/coolsnap_hq2.php">http://www.photometrics.com/products/ccdcams/coolsnap_hq2.php</a></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">ATC 2000 UHV sputtering deposition system</td>
			<td style="width:128px;">AJA International Inc</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.ajaint.com/systems_atc.htm">http://www.ajaint.com/systems_atc.htm</a></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">MICROPOSIT S1800 photoresist</td>
			<td style="width:128px;">Dow&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">MICROPOSIT 351 developer</td>
			<td style="width:128px;">Dow&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">MA/BA6 lithography system</td>
			<td style="width:128px;">SUSS MicroTec</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.suss.com/en/products-solutions/products/mask-aligner/maba6/overview.html">http://www.suss.com/en/products-solutions/products/mask-aligner/maba6/overview.html</a></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:215px;">Spin coater WS-400-6NPPB</td>
			<td style="width:128px;">Laurell Technologies Corporation</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.laurell.com/spin-coater/?model=WS-400-6NPP-LITE">http://www.laurell.com/spin-coater/?model=WS-400-6NPP-LITE</a></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">JBX-9300FS electron beam lithography system</td>
			<td style="width:128px;">JEOL</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.jeolusa.com/PRODUCTS/PhotomaskDirectWriteLithography/ElectronBeamLithography/JBX-9500FS/tabid/245/Default.aspx">http://www.jeolusa.com/PRODUCTS/PhotomaskDirectWriteLithography/ElectronBeamLithography/JBX-9500FS/tabid/245/Default.aspx</a></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">CS-1701 RIE system</td>
			<td style="width:128px;">Nordson March</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.nordson.com/EN-US/DIVISIONS/MARCH/PRODUCTS/LEGACY/Pages/CS-1701-Anisotropic-RIE-Plasma-System.aspx">http://www.nordson.com/EN-US/DIVISIONS/MARCH/PRODUCTS/LEGACY/Pages/CS-1701-Anisotropic-RIE-Plasma-System.aspx</a></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Techni Gold 25E</td>
			<td style="width:128px;">Technic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.technic.com/eu/applications/industrial/industrial-chemistry/plating-chemistry">http://www.technic.com/eu/applications/industrial/industrial-chemistry/plating-chemistry</a></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Dektak-8 surface profiler</td>
			<td style="width:128px;">Bruker</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://brukersupport.com/ProductDetail/1136">http://brukersupport.com/ProductDetail/1136</a></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">MICROPOSIT 1165 remover</td>
			<td style="width:128px;">Dow&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurement of x-ray beam coherence along multiple directions using 2-d checkerboard phase grating

bir teknik bir prosedür rendeleme interferometre bildirilen tek faz kullanılarak senkrotron radyasyonu X-ışını kaynakları enine uyum ölçmek. Ölçümler Argonne Ulusal Laboratuvarı&#39;nda Gelişmiş Foton Kaynağı (APS) (ANL) 1-BM bükme mıknatıs beamline de saptandı. 2-B dama tahtası π / 2 faz değişimi ızgara kullanarak enine uygun uzunluklarda dikey ve yatay yönleri boyunca hem de yatay yönde 45 ° ve 135 ° yönleri boyunca elde edilmiştir. Bu yazıda belirtilen teknik ayrıntıları ardından İnterferogram ışın yayılma yönü boyunca ızgara fazın aşağı farklı pozisyonlarda ölçüldü. Her interferogram görünürlüğü değerleri Fourier Dönüştürülmüş görüntüde harmonik zirveleri analiz çıkarıldı. Sonuç olarak, her yönde tutarlılık uzunluğunun bir fonksiyonu olarak görünürlük evrimi elde edilebilir ızgara-to-DETECtor mesafe. tutarlılık eş zamanlı ölçümü dört yol tarifi Gauss şeklinde X-ışını kaynağının tutarlılık alanının eliptik şekil tanımlanmasına yardım uzunlukları. Birden yönlü tutarlılık karakterizasyonu için bildirilen Tekniğe uygun numune boyutunu ve yönlendirmesini seçmek yanı sıra uyum saçılma deneylerde kısmi tutarlılık etkilerini ortadan kaldırmak için önemlidir. Bu teknik aynı zamanda X-ışını optik tutarlılık koruyucu özelliklerini değerlendirmek için uygulanabilir.

Detaylı deneysel ve simülasyon sonuçları başka yerde 8 bulunamadı iken, bu bölüm sadece yukarıdaki ölçüm ve veri analizi prosedürleri göstermek için sonuçlar seçilen gösterir. 1 APS 1-BM-B beamline de deney düzeneği temsil Şekil. Kiriş boyutu bükme manyetik kaynaktan çift Kristal Monokromatör (DCM) ve 25 m yukan yerleştirilmiş bir 1 x 1 ila 2 mm yarığı ile tarif edilir. DCM 18 keV çıktı foton enerjisine ayarlanmıştır. X-ışını demetinin ışın yolu boyunca farklı yerlerde yerleştirilmiş birçok Berilyum pencere (1 mm toplam kalınlık) geçer. Şekil 2 (a) 2-D dama fazının taramalı elektron mikroskop görüntü orta bölümü ANL içinde nano ölçekli malzeme Merkezi (CNM) de imal ızgarası gösterir. Izgara periyodu = 4.8 mikron p. beyazımsı kareler üzerinde oluşan Au taşlarıdırSi 3 N 4 membran. Izgara ışın yönü ve kare altın blok çapraz yatay ve dikey yönde paralel, Şekil 2&#39;de gösterildiği gibi, dik olacak şekilde X-ışını yerleştirilir, (b). Yatay ve dikey yönde boyunca olan birincil yön boyunca daha yüksek bir görüş sağlar, ve (ii) birincil yönlerde 8 boyunca ızgara dönemin fabrikasyon belirsizlik etkisini azaltır: (i) Böyle bir oryantasyon iki amaca hizmet eder. Interferogram (1). 3. ölçülen interferogram merkez bölümünü gösteren, Şekil Eşitlik her enine doğrultuda en az beş V θ (d) tepe kapsayan farklı ızgara-dedektör mesafe, d kaydedildi: (a) D 1,0 ° = 83 mm ve (b) d 4,0 &lt;/ sub&gt; = 0 ° yön İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin boyunca birinci ve dördüncü zirve pozisyonlarına karşılık gelen ° = 579 mm, (p, 0 ° = 3.4 mm). Bu Talbot mesafelerde 2-D dama deseni (self-görüntüleme) çoğaltılır. X-ışını demetinin tutarlılık özelliği her kaydedilen görüntünün Fourier analizi alınır interferogram görünürlük, gömülüdür. Fourier ölçülen interferogram dönüşümü farklı yönlere boyunca interferogram periyodik doğası temsil eden harmonik akım üretir. Bir örnek olarak, Şekil 3 (c) ve (d), Şekiller 3 FT görüntüleri Şekil, (a) ve (b), sırasıyla (FFT) Hızlı Fourier gerçekleştirilir. Nedeniyle FT görüntünün merkez simetrisi, dört bağımsız 1. sipariş zirveleri olmak üzere dört yönde, birlikte mevcut &lt;em&gt; θ = 0 °, 45 °, Şekil 2&#39;de tarif edildiği gibi 90 ° ve 135 °, (b). Her yönde periyodik (s θ) merkezinden 0 inci sırası tepe noktasını pozisyonda tespit edilebilir. Bir örnek olarak, Şekil 3 (c) almak, 0 ° yön boyunca 1. sırası harmonik pik p 0 = ile, periyodik bir yapı ortaya koymaktadır kolayca Şekil 3&#39;te hattı tipi bir yapı olarak tanımlanabilir 3.4 um, (a) dır. Görüş 1. düzeni tepe genliği oranı ile verilir (bir θ, 1) 0 inci sırası tepe bu (A θ, 0), ya da V θ = 2 θ, 1 / A θ, 0 10. Uygulamada görünürlük elde edildi aşağıdaki protokol figu gösterilen ekin kutuları ile 5.5-5.7 adımlarıRes 3 (c) ve (d). Açıkça, 0 ° C&#39;de 1 st düzeni doruk şiddeti D = 579 mm görünümünü azaltır gösterir, Şekil 3 (c), daha Şekil 3 (d) &#39;de çok daha küçüktür. Bu aynı zamanda, Şekil 3&#39;de, 0 ° ile düzenli yapısı olmadığı ortaya çıkmaktadır, (b). Aşağıdaki protokol 5,8-5,12, Şekil 3 (e) adım d bir fonksiyonu olarak görüş gelişimini gösterir. V İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin (d) zirveleri etrafında seçilmiş verilere Gauss uydurma σ 0 ° = 180 mm verir. Yatay tutarlılık uzunluğu böylece ξ 0 ° ise = Eşitlik aşağıdaki 3.6 mikron (5). Şekil 3&#39;e benzer şekilde, İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin birlikte Şekil 4, sonuçları sunulmaktadır = 45 ° yön. FTResim [Şekil 4 (c) ve (d)] p 45 ° = 2.4 um&#39;lik bir süre göstermektedir. Bu nedenle, V θ (d) 45 ° pikleri 0 ° için ile karşılaştırıldığında daha kısa mesafeler (d 1,45 ° = 43 mm ve D, 4,45 ° = 293 mm) görüntülenir. Bu mesafede, 45 ° C için interferogram bir ağ tipi modelli [Şekil 4 (a) ve (b)] bulunmaktadır. Şekil 4 (e) &#39;de gösterilen görüş evrimi tutarlılık uzunluğunu veren ξ 45 ° = 5.0 um. Tüm mevcut dört yöne aynı veri analizi prosedürü uygulayarak, X-ışını enine tutarlılık alanı eşleştirilir. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/53025/53025fig1.jpg" /> Şekil 1. Deneysel Kur. ŞematikAPS 1-BM-B beamline de beamline kurulum. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53025/53025fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/53025/53025fig2.jpg" /> Şekil 2. 2-D Dama Izgara. 4.8 mikron bir süre ile ızgara dama (a) SEM görüntüsü. (B) ışın yayılma yönüne (içine veya kağıt işaret) dik enine düzlemde yönünü Izgara. Kırmızı sayılar İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin gösteriyor. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53025/53025fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53025/53025fig3.jpg" /> Şekil 3. Görünürlük Ölçüm<html> 0 ° yön boyunca ölçümün. İnterferogramlardaki, d 1 kaydedilmiş 0 ° = 83 mm (a) ve d 4,0 ° = 579 mm, (b), 0 ° boyunca birinci ve dördüncü V, 0 ° (d) en yüksek karşılık gelen pozisyonlarda yönü (Denklem (1) p 0 ° = 3.4 uM), sırasıyla. Onların Fourier sırasıyla 0 th gösteren kırmızı kesik noktalı ve yeşil bölgeler ve 1. harmonik görüntülerle, görüntüler (c) ve (d) gösterilmiştir dönüşümü. (E) Metal-dedektör mesafesinin bir fonksiyonu, D olarak görüş evrimi. Kırmızı mermi uydurma Gauss zarf (kırmızı kesikli eğri) için her Talbot mesafeler etrafında seçilen veri ise mavi daireler, tüm deneysel veriler bulunmaktadır.t = &quot;_ blank&quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/53025/53025fig4.jpg" /> 45 ° yön boyunca Şekil 4. rehberine ölçümü. İnterferogramlardaki d 1,45 ° = 43 mm (a) ve d 4,45 ° = 293 mm, (b), birinci ve dördüncü V karşılık gelen 45 ° (d) en yüksek kaydedildi sırasıyla, (c) &#39;de gösterilen, FT görüntüler ile, ve (d), (p 45 ° = 2.4 um denklem (1)), 45 ° yön boyunca pozisyonlar. (E) D, bir fonksiyonu olarak görüş evrimi. Ayrıntılar için Şekil 3 başlığa bakın. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53025/53025fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/53025/53025fig5.jpg" /> Şekil 5. Tutarlılık Bölge Haritası. Uyum alan ölçülen enine tutarlılık dört yöne boyunca uzunlukları kullanılarak görüntülendi. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53025/53025fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating at JoVE.com

Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating

Ölçüm protokolü ve veri analizi yöntemi, aynı anda ızgaranın tek 2-B dama faz kullanılarak dört yöne boyunca bir senkrotron radyasyonu X-ışını kaynağı enine uyum elde etmek için verilmiştir. Bu basit teknik X-ışını kaynakları ve X-ışını optik tam enine tutarlılığı karakterizasyonu için uygulanabilir.

2-D Dama Faz GRATING kullanarak birden çok Directions boyunca X-ışını Işın Tutarlılık Ölçümü

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is ...

measurement-x-ray-beam-coherence-along-multiple-directions-using-2-d

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K Görüntüleme.  Argonne National Laboratory.  Ölçüm protokolü ve veri analizi yöntemi, aynı anda ızgaranın tek 2-B dama faz kullanılarak dört yöne boyunca bir senkrotron radyasyonu X-ışını kaynağı enine uyum elde etmek için verilmiştir. Bu basit teknik X-ışını kaynakları ve X-ışını optik tam enine tutarlılığı karakterizasyonu için uygulanabilir. 

Video: Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating

Measurement of Coherence Decay in GaMnAs Using Femtosecond Four-wave Mixing

The application of femtosecond four-wave mixing to the study of fundamental properties of diluted magnetic semiconductors ((s,p)-d hybridization, spin-flip scattering) is described, using experiments on GaMnAs as a prototype III-Mn-V system.&#160; Spectrally-resolved and time-resolved experimental configurations are described, including the use of zero-background autocorrelation techniques for pulse optimization.&#160; The etching process used to prepare GaMnAs samples for four-wave mixing experiments is also highlighted.&#160; The high temporal resolution of this technique, afforded by the use of short (20 fsec) optical pulses, permits the rapid spin-flip scattering process in this system to be studied directly in the time domain, providing new insight into the strong exchange coupling responsible for carrier-mediated ferromagnetism.&#160; We also show that spectral resolution of the four-wave mixing signal allows one to extract clear signatures of (s,p)-d hybridization in this system, unlike linear spectroscopy techniques.&#160;&#160; This increased sensitivity is due to the nonlinearity of the technique, which suppresses defect-related contributions to the optical response. This method may be used to measure the time scale for coherence decay (tied to the fastest scattering processes) in a wide variety of semiconductor systems of interest for next generation electronics and optoelectronics.

The technique of femtosecond four-wave mixing is described, including spectrally-resolved and time-resolved configurations. We illustrate the utility of this technique for the investigation of crucial physical properties in the III-V diluted magnetic semiconductors, afforded by its nonlinearity and high temporal resolution.

The application of femtosecond four-wave mixing to the study of fundamental properties of diluted magnetic semiconductors ((s,p)-d hybridization, ...

Mühendislik

Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space of a carbonate rock at pressures and temperatures representative of typical formations used for CO2 storage. Chemical equilibrium between the CO2, brine and rock phases was maintained using a high pressure high temperature reactor, replicating conditions far away from the injection site. Fluid flow was controlled using high pressure high temperature syringe pumps. To maintain representative in-situ conditions within the micro-CT scanner a carbon fiber high pressure micro-CT coreholder was used. Diffusive CO2 exchange across the confining sleeve from the pore-space of the rock to the confining fluid was prevented by surrounding the core with a triple wrap of aluminum foil. Reconstructed brine contrast was modeled using a polychromatic x-ray source, and brine composition was chosen to maximize the three phase contrast between the two fluids and the rock. Flexible flow lines were used to reduce forces on the sample during image acquisition, potentially causing unwanted sample motion, a major shortcoming in previous techniques. An internal thermocouple, placed directly adjacent to the rock core, coupled with an external flexible heating wrap and a PID controller was used to maintain a constant temperature within the flow cell. Substantial amounts of CO2 were trapped, with a residual saturation of 0.203 &#177; 0.013, and the sizes of larger volume ganglia obey power law distributions, consistent with percolation theory.

We present a methodology for the imaging of multiple fluid phases at reservoir conditions by the use of x-ray microtomography. We show some representative results of capillary trapping in a carbonate rock sample.

Çoklu Akışkan Aşama Rezervuar Durumu Gözenek ölçekli Görüntüleme X-ışını Microtomography kullanma

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

Bireysel Nanopartiküller 3D Elemental Haritalama için Enerji Dağılımı X-ışını Tomografi

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Failure Analysis of Batteries Using Synchrotron-based Hard X-ray Microtomography

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent of lithium-ion batteries, researchers have known that the lithium metal anode has the highest theoretical energy density of any anode material. However, rechargeable batteries containing a lithium metal anode are not widely used in consumer products because the growth of lithium dendrites from the anode upon charging of the battery causes premature cell failure by short circuit. Lithium dendrites can also form in commercial lithium-ion batteries with graphite anodes if they are improperly charged. We demonstrate that lithium dendrite growth can be studied using synchrotron-based hard X-ray microtomography. This non-destructive imaging technique allows researchers to study the growth of lithium dendrites, in addition to other morphological changes inside batteries, and subsequently develop methods to extend battery life.

Synchrotron-based hard X-ray microtomography is used to image the electrochemical growth of dendrites from a lithium metal electrode through a solid polymer electrolyte membrane.

Sinkrotron merkezli Sert X-ışını Microtomography kullanılması Akü Arıza Analizi

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent ...

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can potentially contribute to the exposure of biota and humans. The diffusive gradients in thin films technique is introduced here for in-situ measurements of Pu bioavailability and speciation. A diffusion cell constructed for laboratory experiments with Pu and the newly developed protocol make it possible to simulate the environmental behavior of Pu in model solutions of various chemical compositions. Adjustment of the oxidation states to Pu(IV) and Pu(V) described in this protocol is essential in order to investigate the complex redox chemistry of plutonium in the environment. The calibration of this technique and the results obtained in the laboratory experiments enable to develop a specific DGT device for in-situ Pu measurements in freshwaters. Accelerator-based mass-spectrometry measurements of Pu accumulated by DGTs in a karst spring allowed determining the bioavailability of Pu in a mineral freshwater environment. Application of this protocol for Pu measurements using DGT devices has a large potential to improve our understanding of the speciation and the biological transfer of Pu in aquatic ecosystems.

The technique of diffusive gradients in thin films (DGT) is proposed for speciation studies of plutonium. This protocol describes diffusion experiments probing the behavior of Pu(IV) and Pu(V) in presence of organic matter. DGTs deployed in a karstic spring allow assessment of the bioavailability of Pu.

İnce Filmlerde Difüzyon kullanma Çevre Pluton&#39;un Türleşme ve biyoyararlanımı Ölçümleri

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic electrolyte, and an O2-breathing cathode. The aprotic electrolyte is a solution of lithium salt with aprotic solvent; and porous carbon is commonly used as the cathode substrate. To improve the performance, an electrocatalyst is deposited onto the porous carbon substrate by certain deposition methods, such as atomic layer deposition (ALD) and wet-chemistry reaction. The as-prepared cathode materials are characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray absorption near edge structure (XANES). A Swagelok-type cell, sealed in a glass chamber filled with pure O2, is used for the electrochemical test on a battery test system. The cells are tested under either capacity-controlled mode or voltage controlled mode. The reaction products are investigated by electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy, and Raman spectroscopy to study the possible pathway of oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). This protocol demonstrates a systematic and efficient arrangement of routine tests of the aprotic Li-O2 battery, including the electrochemical test and characterization of battery materials.

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

A protocol for the electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery with the preparation of electrodes and electrolytes and an introduction of the frequently used methods of characterization is presented here.

Protonsuz Li-O Elektrokimyasal Testi Protokol ve Karakterizasyonu<sub&gt; 2</sub&gt; Pil

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve geologic seals and allow CO2 to escape. However, the dissolution processes at reservoir conditions are poorly understood. Thus, time-resolved experiments are needed to observe and predict the nature and rate of dissolution at the pore scale. Synchrotron fast tomography is a method of taking high-resolution time-resolved images of complex pore structures much more quickly than traditional &#181;-CT. The Diamond Lightsource Pink Beam was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 hours. The images were segmented and the porosity and permeability were measured using image analysis and network extraction. Porosity increased uniformly along the length of the sample; however, the rate of increase of both porosity and permeability slowed at later times.

Synchrotron fast tomography was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 h.

Sinkrotron Hızlı Tomografi ile Karbonat içinde Reaksiyon Dinamik Gözenek ölçekli Rezervuar-koşul Görüntüleme

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line intensity ratios. By using a Johann spectrometer viewing the plasma, it is possible to construct profiles of plasma parameters such as density, temperature, and velocity with good spatial and time resolution. However, benchmarking atomic code modeling of X-ray spectra obtained from well-diagnosed laboratory plasmas is important to justify use of such spectra to determine plasma parameters when other independent diagnostics are not available. This manuscript presents the operation of the High Resolution X-ray Crystal Imaging Spectrometer with Spatial Resolution (HIREXSR), a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma. In addition, this manuscript covers a laser blow-off system that can introduce such ions to the plasma with precise timing to allow for perturbative studies of transport in the plasma.

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas. This manuscript presents the operation of a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma.

Yüksek Sıcaklık Plazma Tanı olarak Kullanım için X-ışını Görüntüleme Kristal Spektroskopisi Uygulanması

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner. 
In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

Havada Dielektrik mikropartiküllerin Optik Tuzak Yükleme

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder microdiffraction two-dimensional (2D) maps at beamline 12.3.2 of the Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory. Measurements can be performed on any sample that is less than 10 cm x 10 cm x 5 cm, with a flat exposed surface. The experimental geometry is calibrated using standard materials (elemental standards for XRF, and crystalline samples such as Si, quartz, or Al2O3 for diffraction). Samples are aligned to the focal point of the x-ray microbeam, and raster scans are performed, where each pixel of a map corresponds to one measurement, e.g., one XRF spectrum or one diffraction pattern. The data are then processed using the in-house developed software XMAS, which outputs text files, where each row corresponds to a pixel position. Representative data from moissanite and an olive snail shell are presented to demonstrate data quality, collection, and analysis strategies.

We describe a beamline setup meant to carry out rapid two-dimensional x-ray fluorescence and x-ray microdiffraction mapping of single crystal or powder samples using either Laue (polychromatic radiation) or powder (monochromatic radiation) diffraction. The resulting maps give information about strain, orientation, phase distribution, and plastic deformation.