Сверхбыстрая электронная дифракция и микроскопия

Август 10, 2022

Главная
Разное
Сверхбыстрая электронная дифракция и микроскопия

Содержание

2. 1926 г. -- открытие электронной дифракции (электронограф) (Дж. П. Томпсон и Дж. Дэвиссон) 1931-1932 гг. --
3. Концепция метода дифракции электронов с временным разрешением Зондирующие электронные импульсы Молекулярный пучок Область рассеяния Возбуждающий лазерный
4. Плавление висмута под действием под действием лазерного излучения Sciaini, G. et al. Nature 458, 56–59 (2009).
5. SLAC National Accelerator Laboratory
6. SLAC National Accelerator Laboratory
7. Базовые составляющие установки TRED (Time Resolved Electron Diffraction) Устройство для генерации фемтосекундных лазерных импульсов и последующей
8. Первые эксперименты по созданию установки использующей дифракцию электронов с временным разрешением. 1980 г. Химический и Физический
9. Развитие метода (установка TRED) Импульсное сопло для ввода исследуемого вещества Система оптического усиления сигнала (CCD) Использование
10. Установка UED-3 сопряжённая с времяпролетным масс-спектрометром (Ultrafast Electron Diffraction) Проведены эксперименты по исследованию структурной динамики свободных
11. Эксперименты по исследованию структурной динамики свободных молекул и переходных состояний химических реакций
12. Эксперименты по исследованию структурной динамики свободных молекул и переходных состояний химических реакций
13. Ионно-индукционный метод фокусировки Для определения изменений дифракционной картины на фемтосекундном уровне был разработан ионно-индукционный метод, суть
14. Эффекты объёмного заряда и распределения энергии в электронном сгустке Возможно ли добиться высокой яркости электронного пучка,
15. Режимы сверхбыстрой электронной дифракции Low-energy electrons (conventional electron gun) Compact system due to larger diffraction angle
16. Создание и компрессия ультракоротких электронных импульсов Фотоэлектронная пушка
17. Генерация ультракоротких электронных импульсов импульсами среднего ИК диапазона
18. Проблемы при генерации ультракоротких электронных импульсов Времяпролетная хроматическая аберрация ΔE = 0.3 эВ F = 107
19. Компрессия ультракоротких электронных импульсов Радиочастотное сжатие Специальный импульс, синхронизованный с фемтосекундным лазером, запускает осциллирующее поле в
21. Скачать презентацию

Слайд 2

1926 г. -- открытие электронной дифракции (электронограф)
(Дж. П. Томпсон и Дж.

Дэвиссон)
1931-1932 гг. -- изобретение электронного микроскопа
(Р. Руденберг, М. Кнолль, Э. Руска)
Непрерывные пучки электронов
Определение межъядерных расстояний, параметров кристаллической решётки, и средних амплитуд колебаний атомов.
Пространственное разрешение ≈ 1 ангстрем
Для исследования динамических процессов необходимы ультракороткие электронные импульсы и их синхронизация с протекающими в веществе процессами

Слайд 3

Концепция метода дифракции электронов с временным разрешением
Зондирующие электронные импульсы
Молекулярный пучок
Область рассеяния
Возбуждающий

лазерный импульс
Рассеяние электронов в угол 2θ
Регистрация детектором в плоскости

Слайд 4

Плавление висмута под действием под действием лазерного излучения
Sciaini, G. et al.

Nature 458, 56–59 (2009).

Слайд 5

SLAC National Accelerator Laboratory

Слайд 6

SLAC National Accelerator Laboratory

Слайд 7

$Базовые составляющие установки TRED (Time Resolved Electron Diffraction) Устройство для генерации$

Базовые составляющие установки TRED
(Time Resolved Electron Diffraction)
Устройство для генерации фемтосекундных

лазерных импульсов и последующей генерации ультракоротких электронных импульсов
Электронно-оптическая схема синхронизации возбуждающих лазерных импульсов и диагностирующих электронных импульсов
Система регистрации электронной дифракционной картины (сбор информации и её обработка)
Система измерения длительности электронных импульсов и плотности потока электронов

Слайд 8

Первые эксперименты по созданию установки использующей дифракцию электронов с временным разрешением.
1980

г.
Химический и Физический факультеты МГУ
+
ИПЛИТ РАН
(НИЦТЛ АН СССР)

Изучение ядерной динамики вещества с пикосекундным разрешением (СF3)

Nd:YAG

ND:YAG лазер
Система генерации одиночных импульсов
Усилители
Генератор второй гармоники
Генератор четвёртой гармоники
Кварцевая призма
Фильтр
Линза
Светочувствительное коммутационное устройство

Слайд 9

Развитие метода (установка TRED)
Импульсное сопло для ввода исследуемого вещества
Система оптического усиления

сигнала (CCD)
Использование внутреннего стандарта (молекул высокочистого азота) для калибровки дифракционной картины
Система измерения длительности электронных импульсов и плотности потока электронов

Слайд 10

$Установка UED-3 сопряжённая с времяпролетным масс-спектрометром (Ultrafast Electron Diffraction) Проведены эксперименты$

Установка UED-3 сопряжённая с времяпролетным масс-спектрометром
(Ultrafast Electron Diffraction)
Проведены эксперименты по

исследованию структурной динамики свободных молекул и переходных состояний химических реакций.

Слайд 11

Эксперименты по исследованию структурной динамики свободных молекул и переходных состояний химических

реакций

Слайд 12

Эксперименты по исследованию структурной динамики свободных молекул и переходных состояний химических

реакций

Слайд 13

Ионно-индукционный метод фокусировки
Для определения изменений дифракционной картины на фемтосекундном уровне был

разработан ионно-индукционный метод, суть которого заключается в ионизации газа (например CF3I трифторйодметан) при этом фотоэлектроны, покидая ионизованную область оставляют положительно заряженные ионы, которые действуют как эффективная положительная линза и фокусирует пучок электронов только тогда, когда лазерные и электронные импульсы перекрываются. Это позволяет идентифицировать нулевое время регистрации дифракционной картины t0.
Методика систем отсчёта и синхронизация структур
Существует проблема извлечения информации об изменении структуры молекулы из дифракционных картин вследствие: малого количества молекул, претерпевающих изменения, дифракционные картины содержат распределения как от когерентной, так и от некогерентной (выше из-за отсутствия дальнего порядка в газах) интерференции атом-атомных пар. Методика систем отсчёта состоит в том, чтобы установить базовый сигнал отсчёта in situ (например при отрицательном времени). Используя этот сигнал можно получить различие между электронограммой и отдельным сигналом отсчёта. В результате общий фон, являющийся вкладом во все дифракционные картины может быть легко устранён. Погрешность системы обнаружения значительно уменьшена. Значимость вклада переходных структур значительно увеличивается в образцах с выбранной системой отсчёта.

Слайд 14

Эффекты объёмного заряда и распределения энергии в электронном сгустке
Возможно ли добиться

высокой яркости электронного пучка, сохранив при этом высокое пространственно-временное разрешение? Проблема в пространственно-зарядовом ограничении при высоких потоках фотоэмиссии и кулоновском отталкивание при движении пучка электронов.
Для решения был предложен метод сверхбыстрой теневой проекции изображения электронов. Динамика фотоэлектронов, эмитируемых катодом, изготовленным путём напыления золота на прозрачную тонкую кварцевую подложку (30 нм) происходила под действием лазерных импульсов длительностью 50 фс (266 нм). Интенсивность позволяла получать высокоинтенсивные электронные сгустки, энергия фотонов чуть выше работы выхода электронов для золота (4-4.6 эВ) для узкого распределения по энергиям. В качестве детектора использовалась ССD камера.

Слайд 15

Режимы сверхбыстрой электронной дифракции
Low-energy electrons (conventional electron gun)
Compact system due to

larger diffraction angle
Low SNR (few electrons per bunch in order to reduce space charge >>> pulse broadening)
Thousands of pulses to obtain a good diffraction pattern

Need of a relativistic electron Gun
Longer diffraction camera length
More intense electron bunches possible due to weaker space charge effects
Single-shot measurement

Conventional

Relativistic

Слайд 16

Создание и компрессия ультракоротких электронных импульсов
Фотоэлектронная пушка

Слайд 17

Генерация ультракоротких электронных импульсов импульсами среднего ИК диапазона

Слайд 18

Проблемы при генерации ультракоротких электронных импульсов
Времяпролетная хроматическая аберрация
ΔE = 0.3 эВ

F = 107 Вм-1 ΔτEF ≈ 0.7 пс
(ускорение электронов сопровождается уменьшением длины волны де Бройля)
Времяпролетное удлинение
ΔE = 0.3 эВ К = 0.3 кэВ tTOF = 1 нс
Δ τTOF ≈ 5 фс
(ускорение электронов сопровождается уменьшением длины волны де Бройля)
Кулоновское расталкивание
ve ≈ 108 м/с N ≈ 104 tTOF ≈ 1 пс δr ≈ 10 мкм Δ τС ≈ 1.5 пс

Слайд 19

Компрессия ультракоротких электронных импульсов
Радиочастотное сжатие
Специальный импульс, синхронизованный с фемтосекундным лазером, запускает

осциллирующее поле в ячейке, через которую пролетает фотоэлектронный сгусток, приготовленный предварительно с помощью фемтосекундного лазерного излучения. В ячейке осциллирующее радиочастотное поле, вектор которого параллелен направлению распространения электронного пучка, фактически тормозит более быстрые электроны и ускоряет более медленные.

Сверхбыстрая электронная дифракция и микроскопия

Содержание

1926 г. -- открытие электронной дифракции (электронограф)(Дж. П. Томпсон и Дж.

Концепция метода дифракции электронов с временным разрешениемЗондирующие электронные импульсыМолекулярный пучокОбласть рассеянияВозбуждающий

Плавление висмута под действием под действием лазерного излученияSciaini, G. et al.

SLAC National Accelerator Laboratory

SLAC National Accelerator Laboratory

Базовые составляющие установки TRED (Time Resolved Electron Diffraction)Устройство для генерации фемтосекундных

Первые эксперименты по созданию установки использующей дифракцию электронов с временным разрешением.1980

Развитие метода (установка TRED)Импульсное сопло для ввода исследуемого веществаСистема оптического усиления

Установка UED-3 сопряжённая с времяпролетным масс-спектрометром(Ultrafast Electron Diffraction) Проведены эксперименты по

Эксперименты по исследованию структурной динамики свободных молекул и переходных состояний химических

Эксперименты по исследованию структурной динамики свободных молекул и переходных состояний химических

Ионно-индукционный метод фокусировкиДля определения изменений дифракционной картины на фемтосекундном уровне был

Эффекты объёмного заряда и распределения энергии в электронном сгусткеВозможно ли добиться

Режимы сверхбыстрой электронной дифракцииLow-energy electrons (conventional electron gun)Compact system due to

Создание и компрессия ультракоротких электронных импульсовФотоэлектронная пушка

Генерация ультракоротких электронных импульсов импульсами среднего ИК диапазона

Проблемы при генерации ультракоротких электронных импульсовВремяпролетная хроматическая аберрацияΔE = 0.3 эВ

Компрессия ультракоротких электронных импульсовРадиочастотное сжатиеСпециальный импульс, синхронизованный с фемтосекундным лазером, запускает

Похожие презентации

1926 г. -- открытие электронной дифракции (электронограф)
(Дж. П. Томпсон и Дж.

Концепция метода дифракции электронов с временным разрешением
Зондирующие электронные импульсы
Молекулярный пучок
Область рассеяния
Возбуждающий

Плавление висмута под действием под действием лазерного излучения
Sciaini, G. et al.

Базовые составляющие установки TRED
(Time Resolved Electron Diffraction)
Устройство для генерации фемтосекундных

Первые эксперименты по созданию установки использующей дифракцию электронов с временным разрешением.
1980

Развитие метода (установка TRED)
Импульсное сопло для ввода исследуемого вещества
Система оптического усиления

Установка UED-3 сопряжённая с времяпролетным масс-спектрометром
(Ultrafast Electron Diffraction)
Проведены эксперименты по

Ионно-индукционный метод фокусировки
Для определения изменений дифракционной картины на фемтосекундном уровне был

Эффекты объёмного заряда и распределения энергии в электронном сгустке
Возможно ли добиться

Режимы сверхбыстрой электронной дифракции
Low-energy electrons (conventional electron gun)
Compact system due to

Создание и компрессия ультракоротких электронных импульсов
Фотоэлектронная пушка

Проблемы при генерации ультракоротких электронных импульсов
Времяпролетная хроматическая аберрация
ΔE = 0.3 эВ

Компрессия ультракоротких электронных импульсов
Радиочастотное сжатие
Специальный импульс, синхронизованный с фемтосекундным лазером, запускает