X-ray_nanoprobe
「X線ナノプローブ」
硬X線ナノプローブでナノスケール物質センター（CNM）、アルゴンヌ国立研究所は、世界で最も高い空間分解能で硬X線顕微鏡のビームラインを提供することにより、最先端技術を進めました。30 nm以上の空間分解能の硬X線による蛍光、回折、透過イメージングを提供します。専用の光源、ビームライン、および光学系がこれらの機能の基礎を形成します。このユニークな機器は、CNMの特定の研究分野にとって重要なだけではありません。それはまた、特に埋め込まれた構造のために、ナノ材料とナノ構造を研究する際に、より広いナノサイエンスコミュニティが利用できる一般的なユーティリティになるでしょう。
単一のツールでの回折、蛍光、透過コントラストの組み合わせにより、ナノサイエンスに独自の特性評価機能が提供されます。Fresnelゾーンプレート光学系に基づく現在の硬X線マイクロプローブは、8〜10keVの光子エネルギーで150nmの空間分解能を示しています。最適化されたビームライン設計と相まって、ゾーンプレート光学系の製造の進歩により、性能目標は30nmの空間分解能です。ナノプローブは3〜30 keVのスペクトル範囲をカバーし、集束光学系とサンプルの間の作動距離は通常10〜20mmの範囲です。
動作モード
トランスミッション。このモードでは、サンプルによるX線ビームの減衰または位相シフトのいずれかを測定できます。吸収コントラストを使用して、サンプルの密度をマッピングできます。吸収端の両側の測定値を使用して特定の元素成分を特定し、中程度の感度で元素固有の差分画像を得ることができます。位相差イメージングは、吸収が低い場合でも内部構造に敏感であり、X線エネルギーを調整することで強化できます。
回折。サンプルから回折されたX線を測定することにより、結晶学的位相、ひずみ、テクスチャなどの局所的な構造情報を、標準的な電子回折の100倍の精度で取得できます。
蛍光。誘導蛍光X線は、サンプル内の個々の元素の空間分布を明らかにします。X線プローブは電子プローブの1，000倍の感度を提供するため、蛍光技術は定量的微量元素分析のための強力なツールであり、第2相粒子、欠陥、界面偏析などの材料特性を理解するために重要です。
分光法。分光モードでは、一次X線ビームのエネルギーが元素の吸収端を横切ってスキャンされ、その化学状態（XANES）またはその局所環境（EXAFS）に関する情報を提供します。これにより、無秩序なサンプルの研究が可能になります。
分極。直線偏光と円偏光の両方のX線が利用可能になります。偏光によるコントラストは、蛍光信号と回折信号を区別し、線形および円二色性や磁気回折などの手法を使用して磁区構造をイメージングする際に非常に重要です。
トモグラフィー。X線トモグラフィーでは、これらのモードの1つをサンプルの回転と組み合わせて、サンプルの内部3次元構造を再構築するために使用される一連の2次元投影画像を生成します。これは、複雑なナノ構造の形態を観察するために特に重要になります。
要約すると、硬X線ナノプローブは、非侵襲的かつ定量的である、最小限のサンプル準備を必要とする、光学以下の空間分解能を与える、サンプルの内部に浸透してその内部構造を研究する能力を有する、および研究する能力を強化するなどの利点を提供するその場で処理します。荷電粒子プローブとのもう1つの重要な違いは、X線が印加された電界または磁界と相互作用しないことです。これは、フィールド内研究の利点です。ナノプローブビームラインの設計は、これらの潜在的な利点を維持することを目的としています。
活動
硬X線ナノプローブ
硬X線用の大開口数光学系
時間分解ストロボスコープ測定
フルフィールドイメージング
ナノマテリアルの成長過程のその場研究
走査型プローブ蛍光、回折、および透過 位相コントラストイメージング
偏光依存散乱
小角散乱（SAXS）を含むX線による一般的なナノ材料の特性評価