软 X射线共振非弹性光散射及其应用

软 X射线共振非弹性光散射是近年来随着高亮度第三代同步辐射出现而发展起来的光散射光谱技术 ,可以用于对多原子构成的分子、凝聚态物质进行位置选择的价电子态结构的研究。与 X射线光电子能谱 ( XPS)或紫外光电子能谱 ( UPS)相比 ,这一光谱方法由于测量样品激发后产生的散射 X射线 ,因而不仅可以获得表面的原子分子信息 ,而且可以用于研究样品体内或掩埋薄层的原子分子。同时这一方法的共振特性使得其可以进行灵敏的元素选择测量。本文将介绍这一光散射光谱技术及其在原子分子物理。

铜氧超导材料电荷密度波和元激发的共振非弹性X射线散射研究

铜氧超导材料问世以来,其高温超导的理论机制仍有待解决.近年来,铜氧超导领域的实验进展主要集中在利用新型表征手段探索微观机理,其中同步辐射的建设推进了先进谱学技术的发展.基于同步辐射的共振非弹性X射线散射技术,因具有体测量、能量动量分辨及直接探测不同元激发色散关系的能力,在铜氧超导材料研究中得到了广泛应用.无论是B ardeen-Cooper-Schrieffer理论框架下粘合库珀对的声子,还是强关联体系中Hubbard模型预测的磁涨落和竞争序,都可以用共振非弹性X射线散射实验测量,并研究它们之间的关联.本文介绍了利用共振非弹性X射线散射测量铜氧超导材料电荷密度波及相关低能激发,包括声子异常现象的研究进展,还介绍了磁激发和超导最高转变温度的关系,最后对未来的研究方向和面临的挑战进行展望.

共振非弹性X射线散射在量子材料领域的应用

共振非弹性X射线散射(resonant inelastic X-ray scattering,RIXS)是一种先进的基于同步辐射和自由电子激光光源的光进光出的谱学探测手段.在过去的十几年,RIXS的能量分辨不断被提高,其对凝聚态物质的研究也从最初的晶体场分裂和电荷转移激发,发展到产生于包括电荷、自旋、轨道、晶格4个量子自由度的集体激发行为及相关的序参量.本文总结了近几年高分辨软X射线RIXS在量子材料领域,如铜基和镍基高温超导材料等离子激发及磁激发的研究,量子材料中的集体轨道激发、激子激发和高阶磁激发,以及对磁性金属和拓扑磁性材料中磁激发的探测.

核磁共振、X射线小角散射以及计算机模拟相结合构建生物大分子复合物的结构模型（英文）

近年来,结构生物学研究越来越注重生物大分子复合物的解析,因为许多重要生物学过程都离不开复合物的参与.溶液核磁共振是目前重要的结构解析方法之一.X射线小角散射(SAXS)作为一种新的结构生物学实验手段,近年来发展迅速.SAXS能提供生物大分子复合物的较低分辨率结构信息,而核磁共振能解析复合物中各个亚基的原子分辨率结构.此外,通过核磁共振还能得到亚基之间的界面、取向以及距离信息.因此近年来通过计算机模拟,整合核磁共振和SAXS不同分辨率的结构信息,可以用来搭建生物大分子复合物的结构模型.该综述重点介绍这方面的研究进展.

软X射线光学表面散射检测

应用自行研制的软X射线反射率计,分别对不同的反射镜样品,在不同的工作波段以及掠射角下研究了软X射线波段掠入射光学表面的散射.实验结果表明:掠射角增加,波长减小,粗糙度增加,软X射线掠入射表面散射程度加重.

表面特征与软X射线掠入射光学散射

介绍了短波段掠入射表面散射线性模型,并且根据这个理论,分析计算了不同的表面特征对软X射线掠入射光学散射特性的影响。实验发现:随着粗糙度的增加、自相关长度的减小,软X射线掠入射光学散射越来越严重。

一种处理超光滑表面对软X射线散射问题的标量模型

本文根据标量散射理论建立了一种能在σ/λ≈1条件下描述较高散射水平的标量散射模型;讨论了这一模型在低散射水平下与矢量散射模型的统一性;并给出了处理超光滑表面对软X射线散射问题所必须的几个实用数学关系。

软X射线共振反射方法表征Sc/Si多层膜界面化合物成分的计算研究

Sc/Si周期多层膜是极紫外波段的重要材料,但膜层界面处材料原子间的扩散与化合反应严重影响了多层膜反射率。为了无损表征多层膜界面化合物的成分,利用软X射线共振反射的方法,研究了Sc/Si多层膜界面化合物成分。在Si的L吸收边附近,计算了不同周期厚度以及不同界面硅化物成分的Sc/Si多层膜的共振反射率。结果表明,界面硅化物成分不同的膜系在Si的L边处的反射率有明显差异,并且反射率随着膜层中Si化合反应的消耗而降低,证实了软X射线共振反射方法在亚纳米尺度下对化合物的成分进行无损分析的可行性,为后续的实验研究提供参考。

静态高压下氢的金属化研究与非弹性X射线散射技术

高压下氢的研究一直是高压物理实验和理论研究的热点,这源于人们对压致金属态—金属氢的追求。氢的压致金属化归根结底是氢的电子结构变化。在压力作用下,氢的电子结构会从低压下的宽禁带绝缘体转变为高压下的窄带隙半导体,最终成为超高压下带隙闭合的金属态。然而,多年来,由于实验条件所限,一直无法对氢的宽禁带带隙和电子结构进行直接实验观测。本文将介绍氢金属化实验技术方面存在的挑战和经历的发展,以及利用新近发展的基于同步辐射非弹性X射线散射技术首次对宽禁带固态氢带隙的研究和相关技术突破,并探讨其可能的发展趋势和方向。

软X射线超光滑表面传输特性的初步研究

本文给出了软Ｘ射线超光滑表面散射的一级近似的一般理论推导，从中给出软Ｘ射线的散射传输特性。通过实验测量了λ＝２４．３ｎｍ、２５．６ｎｍ时具有超光滑表面的Ｍｏ、Ｓｉ样品的反射率和λ＝４．４６ｎｍ时熔石英超光滑样品的反射单。对４．４６ｎｍ进行了了散射测量，可以明显观察到软Ｘ射线的非正常反射现象。

HL-2A装置SDD软X射线能谱测量结果

用两道独立的硅漂移探测器(SDD)测量了HL-2A等离子体在电子回旋加热(ECRH)期间的软X射线能谱,给出了电子温度。SDD软X射线能谱测量系统所测量的结果与电子回旋辐射(ECE)所测量的电子温度分布能较好地相互吻合。SDD软X射线能谱测量结果表明:在轴ECRH期间,等离子体芯部(z=0)得到加热的迹象比z=-16.4cm处更加显著,由此可推断出在轴ECRH期间ECW的能量主要沉积在等离子体芯部并且电子温度剖面趋于峰化。对2.41T≤环向磁场BT≤2.43T,1.5×1019 m-3≤电子密度ne≤2.5×1019m-3,300kW≤ECRH功率≤600 kW范围的ECRH数据的统计结果表明:ECRH使得等离子体中的电子得到显著的加热,芯部等离子体电子温度可提升30%～80%,z=-16.4cm处的电子温度可提升15%～55%。

硫化锰电子结构的软X射线共振非弹性散射研究

利用软X射线共振非弹性散射谱(resonant inelastic soft X-ray scattering,RIXS)对3d过渡金属硫化物中的硫化锰(MnS)电子结构进行了研究.通过分析Mn2+的2p63d5→2p53d6→2p63d5二次光子过程,得到了共振非弹性散射谱中的两类非弹性峰,d-d电子跃迁和电荷转移(charge-transfer)跃迁.这两部分跃迁分别共振增强于L边附近及伴随峰附近.基于Hartree-Fock方法的多重态计算分别模拟了原子近似下和立方体Oh对称群下共振非弹性散射谱及吸收谱.计算得MnS实际晶体场10Dq值介于0.80eV—0.85eV之间.对MnS和MnOCT跃迁差异的讨论表明MnS较强的CT跃迁来源于其较窄的能隙宽度.

(SO+2O)/Cu(100)NEXAFS谱反常共振峰结构的研究

利用多重散射团簇 (MSC)方法对 (SO + 2O) /Cu( 1 0 0 )的硫 1s和氧 1s近边X射线吸收精细结构 (NEXAFS)谱的理论分析和利用DV Xα 方法对该系统的团簇电子结构研究 ,揭示了该系统NEXAFS谱反常共振结构的物理起源 .SO和衬底的相互作用使π 分裂为二个轨道方向相互垂直的π 与衬底的耦合态 .NEXAFS谱的反常共振结构对应于 1s电子跃迁到这二个π

从教学角度浅议X射线的危害与应用

对X射线的危害进行了简单介绍,重点讨论了X射线的应用.

同步辐射共振软X射线散射对有机太阳能电池中活性层形貌的解析

本体异质结有机太阳能电池的活性层形貌对器件性能有着直接的影响。目前广泛应用的形貌表征手段如透射电子显微镜、原子力显微镜等在有机薄膜材料的形貌表征中都存在一定的局限性。共振软X射线散射克服了常用表征手段在有机薄膜表征中对比度低、三维信息缺失等缺点,利用软X射线照射下材料折射率的巨大不同获得更高的对比度,对表征有机太阳能电池活性层的相分离情况、理解微观结构、建立光电转化过程和形貌之间的关系有着重要意义。本文概述了活性层形貌对本体异质结有机太阳能电池性能的影响,介绍了共振软X射线散射的发展历程、基本原理及分析方法。在此基础上,综述了共振软X射线散射在有机太阳能电池形貌问题中应用,并对其应用前景作了展望。

共振非弹性X射线散射--一种新型的X射线谱学探测方法的介绍

文章对一种新型X射线谱学探测方法——"共振非弹性X射线散射"进行了介绍,对它的方法特点和优势以及在各个领域内的最新研究进展做了简要概括.

铁基超导体磁激发的共振非弹性X射线散射研究

在铁基超导材料中,超导电性通常起源于对反铁磁母体的载流子掺杂.随着掺杂量的增加,反铁磁长程序逐渐被抑制,超导出现并在反铁磁序消失的边缘达到最佳Tc.在最佳和过掺杂区域,虽然已经不存在任何反铁磁长程序,但仍然存在很强的反铁磁涨落.在铜氧化物和铁基高温超导体中,很多实验证据表明自旋为1的反铁磁涨落极有可能是超导电子配对的媒介,而驱动这一配对的则是电子间的反铁磁关联.因此,从实验上研究铁基超导体的磁激发谱及其对掺杂的依赖关系,获得反铁磁关联能等信息,对理解铁基超导的微观机制至关重要.在过去十几年中,非弹性中子散射(Inelastic Neutron Scattering,INS)在测定铁基超导材料中的磁激发方面发挥了主导作用.在过去十年中,共振非弹性X射线散射(Resonant Inelastic X-ray Scattering,RIXS),作为一种可以测量过渡族金属化合物中磁激发的实验技术,被用于铁基超导体中磁激发及其演化的研究.由于RIXS具有元素敏感、价态敏感、光通量高等优点,在铁基超导材料磁激发的相关研究中,发挥了独特的作用.本文从RIXS的特点出发,回顾了铁基超导体中磁激发的RIXS研究结果,讨论了RIXS在进行这些研究时表现出的优势和不足.通过这些讨论,本文强调了在铁基超导体元激发的研究中,利用RIXS独特优势的重要性.

散射法表面粗糙度测量

介绍了标量和矢量两种散射理论 ,并用软 X射线反射率计对超光滑表面进行散射测量 ,同时应用这两种理论计算了超光滑表面粗糙度均方根值 ,从计算结果来看 ,两种理论所得结果与

软X射线激光汤姆逊散射实验尝试

汤姆逊散射是诊断高温稠密等离子体状态参数的重要方法之一,受到广泛的关注.但是目前用于进行汤姆逊散射的探针光波长多局限于可见光或紫外光,能够诊断的区域电子密度远低于驱动激光的临界密度.相比较而言,以软X射线激光作为探针,有希望诊断更高密度区域的等离子体.利用"神光Ⅱ"高功率激光装置产生的类氖锗软X射线激光作为探针,开展了软X射线激光汤姆逊散射实验的尝试.根据散射的条件,分别进行了非相干散射和相干散射的实验,但均未能获得明显的散射谱.理论分析表明,主要原因可能是实验中作为探针的类氖锗软X射线激光的聚焦功率密度不够,通过优化实验条件,有希望在今后的研究中获得相干汤姆逊散射的结果.

上海光源IXS实验控制与数据采集系统设计

实验控制和数据采集系统是实现非弹性X射线散射(IXS)实验的重要组成部分。根据实验原理和要求,完成了一种基于SPEC和EPICS的控制和数据采集系统。通过设计和编写SPEC宏定义,采用由SPEC读取EPICS过程变量的方法,将EPICS平台下的硬件控制整合到SPEC软件中,实现了电机控制、光子探测、单色器能量扫描和样品扫描等功能,并在上海光源BL15U1首次成功完成IXS实验。