펨 회절 실험 Buckminsterfullerene의 나노에 수행 하는 동안 장거리 전자 상관 관계의 측정

XFEL 분말 회절 100% 문제 유출 XFEL 분말 회절에 대 한 요약 2 보다 더 나은의 해상도 가진 완전 한 파우더 링을 생산 하기 위해 1000 개 이상의 단일-샷 측정의 결과 제시 하는 데이터 Å. 분말 회절 프로 파일 비교 회절 반지 브래그 피크 식별 하 고 첫 번째 (가장 강한) 피크 반사 (111) 조정 했다. 그림 3 은 3 개의 다른 회절 선 프로필 보여준다. 3 개의 회절 패턴의 선 프로 파일을 비교 하 여 우리는 오스트레일리아 싱크 로트 론에서 기록 된 회절 데이터는 거의 10 %XFEL 데이터에서 본 브래그 프로필에 동일 다는 것을 관찰. 브래그 피크만 그들의 위치에 하지의 상대 높이에서 아주 사소한 차이가 관찰 된다. 강한 대조에서는, 100% 전원 XFEL 분말 회절 데이터 프로필 10 %XFEL 데이터 프로필에도 싱크 로트 론 데이터 프로필에서 볼 수 없습니다 추가 봉우리의 존재를 보여준다. 이러한 추가 반사의 위치는 표 1에 식별 됩니다. 이러한 차이 해석 하기 위해 실내 온도 FCC C60 크리스탈에서 예상된 회절의 모델을 조정 건설 되었다. X 선 회절의 실내 온도 FCC C60 구조 모델링 크리스털에서 브래그 반사와 관련 된 분말 회절 피크의 강도 의해 주어진 다 (1) 어디 는 산란 벡터, K 는 축척, 다양성 요소, Lp 로렌츠 분극 요소 이다 W() 피크 프로필 함수 이며 M 의 수 C60 분자 위치 rm에 위치한 산란 볼륨에 포함 된. 분자 폼 팩터 (MFF), , C60 분자는에 의해 주어진 (2)rj 는 분자와 fc 에서 j번째 탄소 원자의 위치 탄소 원자의 원자 산란 인자입니다. 결정의 단위 세포 매개 변수는 x-선 분말 회절 패턴에 대 한 허용 된 반사의 위치를 정의합니다. C60, x 선 회절 실험에 실험 형상을 함께 알려진된 실내 온도 FCC 매개 변수 (단위 셀 길이, 단위 셀 내에서 분자 위치)를 사용 하 여 봉우리 (브래그 반사)의 예상된 위치 수 있습니다. MFF C60 와 식 1과 식 2에 대 한 사용 하 여 계산 됩니다. X 선 회절의 100 %XFEL 데이터 모델링 우리는 중요 한 왜곡/변형 또는 그들의 이상적인 위치에서 핵의 변위는 32 fs 동안 발생 하지 않습니다 시작에서 제안 된 사전으로 입사 펄스의 지속 시간 연구23,24. 오히려, 그 중요 한 100 %XFEL 데이터에서 농도 변화 대신 C60 분자의 전자 구조의 움직임에 의해 구동 해야 합니다. 다음에 우리를 통해 C60 분자의 센트 대칭 분포의 100 %XFEL 회절 데이터의 실험적 관찰된 기능을 재현 하는 모델을 설명 합니다. 정상, 중립 상태에서 C60 의 결정 구조는 그것의 전자 밀도에 즉각적인 변동에 의해 유도 된다 배위 힘에 의해 유지 됩니다. 그러나 여기에 설명 된 실험 조건에서, 시스템의 이온화 분자에서 전기 쌍 극 자 순간 분극에 의해 유도 하는 강한 내부 전기 분야를 생성 합니다. 이전 C60 에서 쌍 극 자 형성만 단일 분자 및 자외선 분광학25등 광학 기술을 사용 하 여 작은 클러스터에서 관찰 되었습니다. 그러나 여기, 관찰 하는 전자 밀도의 재배포는 분명히 장거리 및 긴 XFEL 펄스의 지속 시간에 상대적인 효과 결정학 엑스레이 회절 패턴에서 관찰 된다. 쿨롱 상호 작용을 통해 이웃 쌍 극 자의 맞춤과 10 fs 순서 날짜 표시줄에 기본 핵 구조에서 전자 구조를 분리 하는 결과. 이 정렬에 영향을 미치는 C60 분자의 결과 대칭 청구 ( 그림 4참조). 분자의 구형 대칭의 손실 때문에 MFFs의 C60 분자는 더 이상 실제 하지만 복잡 한 기능 산란 진폭에 기여를 추가 단계를 리드. 정기적으로 다양 한 MFF m번째 분자의 전자 밀도의 분포 결정 구조에서의 위치를 기준으로 난민은 비대칭 분자 충전 분배의 발생을 모델링 하는 데 사용 되었다. C60 MFF이 수정, 우리는 100 %XFEL 데이터에서 강도 프로필 복제 수 있었다. 식 2 100 %XFEL 데이터에서 XFEL 유도 쌍 극 자에서 형성 하는 장거리 전자 상관 캡처 분산 요소에 대 한 식을 구성에 대 한 기초를 제공 합니다. 이 편광된 C60 분자에 대 한 계정 수정 새로운 MFF 함수를 생성할 수 있습니다. (3) 어디 (식 2에 의해 주어진) 이상적인 C60 분자의 MFF입니다 및 XFEL 유도 쌍 극 자 분극 벡터를 정의 합니다. 제한에 , 식 3 식 2에 근접 하 고 실내 온도 10% 전원 회절 데이터 복구. 로6/56296eq12.jpg “/ > 증가, 분자의 대칭 변경 하 고 모든 가능한 회절 피크의 비율을 다양 하 게 시작. 편광된 분자는 입방 격자에서의 실제 배포 결과 회절 패턴을 영향을 줍니다. 때 , C60 분자의 대칭 변경 하 고 모든 가능한 회절 피크의 비율 낮은 전력 회절 패턴을 기준으로 다양 하 게 시작. 이 모델의 값 데이터에 맞게 산란 각도의 20 ° ≤ 2θ ≤ 30 ° 범위에서 좋은 계약을 보여주는 탐험 했다 . 이 실험의 용도가 K-쉘 탄소 원자에는 확률적 그 라 비어 인쇄를 정도의 diffracted 농도 FCC C60 나노에 대 한 측정에 영향을 측정 했다. 탄소 원자에 K-쉘 전자의 그 라 비어 인쇄 (전자 결합 에너지 = 284 eV) 원자 산란 요인, fc, 높은 내 감소 산란 진폭으로 본 수정 산란 지역. 결정 격자에서 배열 하는 C60 분자 내 탄소 원자의 K-쉘 구멍 브래그 반사의 산란 진폭의 수정 하면 됩니다. 우리가 성장 등방성 배경, 광자 플럭스는 다음과 같은 기본 가정에 따르면 가루 nanocrystal 샘플에 적용에 따라 관찰 것으로 예상: 1) 탄소에서 K 껍질의 그 라 비어 인쇄는에 지배적인 프로세스는 샘플 XFEL 상호 작용, 2)는 그 라 비어 인쇄 개별 탄소 원자의 결정, 3에 있는 다른 원자에 상관 하지) photoionized 전자 펄스 동안 delocalized 남아 있고 따라서 지속적인 배경 기여 신호입니다. 우리가 실제로 실험에서 관찰, FCC 나노 C60 샘플 100% 전원 XFEL 펄스를 높였을 때의 실내 온도에서 반사 금지,의 존재 했다. Delocalized, 임의의 이온화 이벤트 관찰 반사 금지에 대 한 계정 수 없습니다. 그림 3 은 허용된 FCC 반사의 상당한 감소는 농도와 동시 이러한 금지 반사의 모양을 보여준다. 이러한 변화 결정 격자에 이상적인 C60 분자의 어떤 특정 근처 주문에 의해 기술 될 수 없습니다. 우리의 분석1, 상관된, 각 C60 분자 (식 4)에 비 centrosymmetric 충전 분포에 따르면 ( 에서 본 실험 데이터와 일치 하는 모델 분말 회절 프로필을 생성 하는 유일한 수단 입증 했다 그림 5). 비교를 위해, 모든 데이터 및 모델 표시 됩니다 함께, 하지만 수직으로, 서로 관하여 오프셋 그림 6에 동일한 축에. 그림 1입니다. XFEL 분말 회절 샘플 설치 및 형상 (a)는 샘플 홀더 고정된 대상 스캐닝 모드 C60 크리스탈 분말의 사용. 샘플 프레임은 알루미늄에서 생성 됩니다. 측정 표시 단위 m m. 근사치는 샘플 셀의 크기는 2 m m x 12 m m. (b) C의 사진60 크리스탈 분말 폴 백업 지원 (로 적용 세 (어둡게 색된 세포로 본) 셀에 적용 노란색 필름 샘플 홀더 위에). C60 실험의 (c) 회로도 이 예제는 래스터 이미징 계획 스냅숏에 x y 방향에서 스캔. K B 거울 샘플에서 300 nm x 300 nm의 점 크기를 XFEL 빔 초점. 샘플은 샘플 조건 안정 x 선 산란 자사 샘플 상호작용의 가능성을 최소화 하 고 진공에서 개최 됩니다. 들어오는 XFEL 펄스 샘플 홀더 셀에서 개최 하는 크리스탈 파우더 치고 회절 패턴 CSPAD 발견자에 기록 됩니다. 1.5 Å의 해상도 검출기 거리 79 m m.에 샘플을 설정 하 여 달성 된다 여기이 그림의 a 더 큰 버전을 보기를 클릭 하십시오. 그림 2입니다. CSPAD흰색 눈금 막대에는), b)와 d) 40 m m을 나타냅니다. (a) CSPAD 암시입니다. 검출기로 구성 단위의 32 직사각형의 위치를 이동 하 여 동심으로 밖으로 기록 높은 각도 회절 필요에 따라 변경 될 수 있습니다. (b)는 원시 데이터 프레임 (상단 오른쪽 사분면, 합계 1000 프레임)를 표현 하는 배경과 darkfield 교정 전에. (c) 개별 회절 스냅샷 회절 신호의 희박도 시연. (d) 잘 보여주는 회절 프로필 정의 분말 회절 반지 개별 프레임에 적용 된 배경 신호 빼기와 1500 회절 프레임 요약에 의해 수행. 그림 3입니다. 분말 회절 데이터 (a) Azimuthally 평균 10 %XFEL 데이터 집합, 100% XFEL dataset 및 싱크 로트 론 데이터 집합에 대 한 회절 패턴. FCC 브래그 피크의 위치는 실내 온도 C60 FCC 구조와 일관 된 표시 됩니다. (b) 삽입 된 지역 보여주는 반사 100 C 구조는 다른 두 개의 프로필에서 볼 수 없는 산란 각도 10⁰ ≤ 2θ ≤ 13⁰ 사이 존재. (c) 삽입 지역 100 %XFEL 데이터 산란 각도 20⁰ ≤ 2θ ≤ 28⁰ 사이에서 다른 피크 프로필을 보여주는. 10 %XFEL 데이터와 싱크 로트 론 데이터 모두 만족 FCC 구조에 대 한 선택 규칙 전자 centrosymmetric 분자의 구성. 그러나 100 %XFEL 데이터에 여분의 봉우리 (반사)의 존재는 이러한 선택 규칙 위반. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. e = “1” > 그림 4입니다. C60의 일시적인 왜곡상관 전자 과도 단계 FCC 격자 구조 내에서 쌍 극 자의 맞춤 시각화 C60 분자 파란 분야에 의해 표시 되 고 빨간색 팁 정렬 된 쌍 극 자의 방향을 나타냅니다. 그림 5입니다. 분말 회절 모델C60 (를 사용 하 여 Eq 1과 2)에 대 한 FCC 구조를 모델링 하 여 생성 된 분말 회절 프로필 XFEL 펄스 (를 사용 하 여 Eq 1 및 3) C60 FCC 구조는 100% 강도를 복종의 모델에 비해. 브래그 봉우리 표시는 식별. 관심 (20 ° ≤ 2θ ≤ 30 °) 영역 점선으로 강조 표시 됩니다. FCC 모델 설명는 허용 된 반사의 강도, 하지만 추가 봉우리 ( 그림 2a , b 참조) 100% 강도 XFEL 데이터에 대 한 관찰의 숫자의 존재를 설명 하지 않습니다. 이것을 위한 이유는 간단한 입방 격자의 결정학 축 분자 클러스터 (그림 3) 번역 우리에 게는 큐빅에 편광된 C60 분자의 근처 순서의 불완전 한 그림을 제공 격자입니다. 이와 대조적으로 계정 僞 유도 맞춤 ( 그림 4에서 같이) FCC 격자 내에서 쌍 극 자에는, 100 %XFEL 모델 모두 100% 강도 XFEL 데이터에 추가 봉우리의 재현. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 6입니다. 모델 및 데이터 분말 프로 파일 비교3 개의 회절 패턴 라인 프로필의 질적 비교는 다른 조명 조건에서 실험적으로 기록 했다. 또한, 라인 프로 파일 계산 사용 하 여 수식 2와 3 우리의 모델을 사용 하 여 표시 됩니다. 그것은 분명 그는 주기적으로 수정된 MFF의 도입, 100 %XFEL 모델 라인 프로필 동의 100 %XFEL 데이터. 뿌리는 추가 반사 (deg)의 각 측정 뿌리는 각 추가 반사 (deg)의 계산 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 표 1입니다. 브래그 반사 XFEL 데이터에서 본브래그 반사의 집합 내에서 측정 된 20⁰ ≤ 2θ ≤ 30⁰ 100 %XFEL 회절 데이터 뿐만 아니라 그에 대 한 계산 사용 하 여 Eqns. 1-4. 분자의 위치 맞춤 (0,0,0) (0.5,0.5,0) (0.5,0,0.5) (0,0.5,0.5) 표 2입니다. 과도 동안 FCC 분자 정렬 단계 상관이 표에서 크리스탈 XFEL 펄스 동안 경험된의 과도 상관 단계 편광된 C60 분자의 맞춤을 설명합니다.