S2 S1 S2 - Sektion Physik2D-Waveguides als (erste) Optik des Nanofokus-Messplatzes Pfeiffer et al.,...
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Helikoidaler Übergang zwischen S1 und S2?
M. Müller, K. Kölln, J. Keckes, H. Lichtenegger, M. Burghammer06/2001 (unveröffentlicht)
S2 S2S1
polarisiertesLicht
200 Bragg–Intensität
Kristall-größeS
Z
MFA = 30°
MFA = 70°
S2
S1
S2
S1
200 µm
4 µm
18 Å25 Å
M. Müller R. Hori, T. Itoh, J. SugiyamaBiomacromolecules 3, 182-186 (2002)
Mikrodiffraktions-Resultate
100 µm
SEM image
O. Paris, I. Zizak, H. Lichtenegger, P. Roschger, K. Klaushofer, P. Fratzl. Cell. Mol. Biol. 46 (2000) 993.
scanning SAXS (20 µm beam)
2D SAXS scans→ size & orientation
of mineral nanoparticles
SAXSSAXSSAXS
2- 4 nm
bone(femur)
Scanning SAXS microscopy
• better resolution?• chemical information?
M. Müller, M. Burghammer, C. RiekelNucl. Instrum. Meth. A 467-468, 958-961 (2001)
Simultaneous small- and wide-angle scattering
CCD
sample
2Θmin
beamstop(∅ 0.1 mm)
d = 1000 Å
SAXS resolution: 2Θmin → dmax
on a single detector!Simultaneous
imaging of chemicaland nanostructural
parameters
PETRA III:1000 (h) – >5000 Å (v)
P. Fratzl, O. Paris (Dept. Biomaterials, MPI-KG Golm) M. Müller (Univ. Kiel)
fluorescence detector
50 µ
m
pixe
ls
sub-µmbeam
OPTISCHE HÜTTEOPTISCHE HÜTTE EXPERIMENTELLE HÜTTEEXPERIMENTELLE HÜTTE
Fokus + Kollimation
MASCHINE Undulator
MASCHINE Undulator
Si111Monochromator
Si111Monochromator
Ellipsoidal-spiegel
Ellipsoidal-spiegel
0 26 29.4 31 42[m]24 34.1
30 µm 5∙1012 ph/s10 µm 5∙1011 ph/s2 µm 5∙1010 ph/s
30 µm 5∙1012 ph/s10 µm 5∙1011 ph/s2 µm 5∙1010 ph/s
hor.
vert.134*24 µm2
0.21*0.02 mrad2
Größe
Divergenz
Quelle Fokus20*40 µm2
2.1*0.2 mrad2
0.07 < λ < 0.21 nm
Beispiel: Mikrofokus Beamline ID13
Am Probenort:• Strahlgröße ∅ 2 µm (10 µm)• Fluß 5∙1010 (5∙1011) ph/s @ 15.8 keV
y
z
Probe Video-Mikroskop
Fokussierter Strahlvom Spiegel (∅ 40 µm)
Glaskapillare oderKollimator
CCD-Detektorxy Translations-bühne
Ortsaufgelöste Mikrodiffraktion (ID13)
ProbeMikroskop
Kapillare
Translationbühne
“Scanning” Mikrodiffraktion an ID13
Piezo-Streckapparatur
Sub-Mikrometer-Ortsauflösung
M. Müller, M. Burghammer, D. Flot, C. Riekel, C. Morawe, B. Murphy, A. CedolaJ. Appl. Cryst. 33, 1231-1240 (2000)
Diffraktion mit Röntgen-Wellenleiter
S. Di Fonzo, W. Jark, S. Lagomarsino, C. Giannini, L. De Caro, A. Cedola, M. Müller
Nature 403, 638-640 (2000)
detector
mirror slits
microscope
waveguide
microscope
beamstop
piezoscanner
ID13
• Größe 3 µm × 100 nm• Fluß 6 ⋅ 108 ph/s
stehendes Wellenfeldin der Schicht
Eine neue Beamline an einem neuen Synchrotron
• Umbau des Speicherrings PETRA III zur Synchrotronstrahlungsquelle• Bau einer µSAXS/WAXS-Beamline (HASYLAB, Stephan Roth)• Nanofokus-Messplatz an dieser Beamline (BMBF-Projekt, AG Müller)
List of experiments
Folie von Stephan Roth, HASYLAB
DORISIII
FLASH
HASYLAB – PETRA III
PETRA IIIε=1 nm radE=6GeV(2009)
XFEL (2012)
Folie von Stephan Roth, HASYLAB
HOMEH1
CH
CLML-DCM
LODCMµUSAXSOH
µSAXS1µSAXS2
EH2
Layout µSAXS/WAXS P03
High-beta undulator (2m, canted)8keV<E<24keVBeam size: 42µm/10µm/5µm/100nm
micro nanoBeCRL
Focal spot on sample
Folie von Stephan Roth, HASYLAB
Standard BeCRL holder
- One optical bench- One goniometer- Full vacuum
http://www.physikinstrumente.com/en/primages/pi_m824_blu_i4c_o.jpg
189mm
Different energy = different position+number of lenses
BeCRL-exchanger development: T. SchubertHexapod: M. Dommach, first test at BW4 03/2007
x-ray
N=32 N=1….
µSAXS1: N= 4-25: 42x2.6µm2
µSAXS2: N= 9-56: 17x1µm2
R=0.2mm – Standard!
E=8-25keVFocal length: f~R*E/N
Folie von Stephan Roth, HASYLAB
Simulations for µUSAXS
• We use the two-lens setup• We focus on the detector
SourceDetector
U2, 61m
N=4, f2=88mR=0.6mmfges=22m
BDA40µm Guard
slit
61 76(µSAXS1)
84.2 95.5mFolie von Stephan Roth, HASYLAB
Resolution µUSAXS with HOM
• 10µm < beam size=70µm at sample < 100µm in H• dmax>1µm
Beam requirements fulfilled:
BW4
Folie von Stephan Roth, HASYLAB
Nanofocus end station EH2
Folie von Stephan Roth, HASYLAB
Nanofocus end-station
- 1D/2D waveguides (Salditt et al., Müller et al.)- Fresnel zone plates (David et al.)- Nanofocusing lenses (Schroer et al.)- Kirkpatrick-Baez mirrors (Hignette et al.)
- Smallest beam size- Use waveguide itself as sample- Adapted to fibre scanning (1D)- Achromatic optics- Prefocusing (x100) & ML (x10)
0
2m ID
98 103mSample100m
L1L2
[320]
Folie von Stephan Roth, HASYLAB
Nanofocus end-station
0
2m ID
97.3 103mSample~98m
L2
NFLs / Trend: L1≥97m LSD=2m
Calculation usinghttp://www.institut2b.physik.rwth-aachen.de/xray/applets/nflcalc.html
L1
50 70 90
L1 [m]
25keV15keV10keV
Bea
msi
ze[n
m]
40
90
140
190
Condition: hutch operated independentlyFolie von Stephan Roth, HASYLAB
- Beam size as small as possible- H < 1µm
Combine with other optics, e.g.FZP: Ap 600µm , 150µm, L2~4cm
76m
BeCRLN=2
NFL
L2=18.2m
97m
Gain in comparison to direct beam ~270Beam size ~1.3x0.16µm2 HxV
Prefocusing (example: 10keV)
…And use multilayers!!!
Folie von Stephan Roth, HASYLAB
2D-Waveguides als (erste) Optik des Nanofokus-Messplatzes
Pfeiffer et al., ESRF Highlights 2005
• Elektronenstrahllithographie• Kanal aus PMMA (Polymer)• Abmessungen 30 x 70 nm2
• Abdeckung aus Silizium• Länge 4.05 mm
2D-Waveguides als (erste) Optik des Nanofokus-Messplatzes
Pfeiffer et al., ESRF Highlights 2005
• Strahlgröße 25 x 47 nm2
• Fluss 3.5 x 106 ph/s
Mikroskopische Streckexperimenteeinzelne Kiefernholzzelle
1,1
mm
Wandern im Strahl(immer Zellulose-Reflex 200) Zeit