One of the main research tools of t

One of the main research tools of the Safinya group is X-ray scattering, in particular small angle X-ray scattering and diffraction (SAXS and SAXD). Our group regularly performs SAXS experiments at the Stanford Synchrotron Radiation Laboratory (SSRL), taking advantage of the high-flux X-ray beam available there. After building our own setup on site at the SSRL for years, we are now using the designated small angle beamline 4-2. We also have recently performed experiments at the Advanced Light Source (ALS). Concurrently, the Safinya group houses several custom-built in-house X-ray instruments. For a comprehensive discussion of concepts in X-ray scattering see references [1,2]

In contrast to the "real-space" images provided by optical microscopy or X-ray transmission measurements (such as those taken to identify, e.g., bone fractures), X-ray diffraction (XRD) data (which is collected at varied angles away from the transmitted beam) has to be transformed back from reciprocal space to yield real-space structural information. As a consequence, XRD yields structural information that averages over all the material the beam passes through. In this aspect, the information gained by XRD is complementary to similar information from microscopy techniques (e.g. AFM or EM), which provide local structural information. Wide angle X-ray diffraction further allows to determine structures at a finer resolution than any microscopy technique.

Bragg's law, which is a fundamental equation for the interpretation of X-ray diffraction data, states that a reflection / scattering peak resulting from an ordered structure with a repeat distance d will be observed when the condition nλ = 2d sinθ is fulfilled. Here, n is an integer, λ the wavelength of the X-ray radiation, and θ the angle at which the scattered beam is observed. Thus, d is inversely proportional to sinθ, meaning that the larger the repeat distance d, the smaller the angle at which scattering is observed. Consequently, SAXS is ideally suited for the study of ordered systems with large repeat distances, such as liquid crystalline mesophases, complex fluids and nano- to mesoporous materials. In addition, the elastic scattering of X-rays that can be observed at small and very small angles gives information about the shape and size of macromolecules.

A typical SAXS setup with a 2D (area) detector is shown below. An appropriate source emits a beam of X-rays which is focused and monochromated by special X-ray optics. The size of the beam is adjusted by a system of slits, hits the sample and enters the flight path. The flight path, which has to be under vacuum because air scatters the beam, provides the long distance between detector and sample that is essential to detect X-rays scattered at small angles. Unoriented samples yield a centrosymmetric pattern on the 2D detector, which is radially averaged to give the typical plots of diffracted intensity vs. scattering vector q (= 4π sinθ/λ).

Results (Thai) 1:

เครื่องมือวิจัยหลักของกลุ่ม Safinya อย่างใดอย่างหนึ่งคือ X-ray scattering โปรยเอ็กซเรย์ขนาดเล็กโดยเฉพาะมุม และกระจาย (SAXS และ SAXD) กลุ่มของเราเป็นประจำทำ SAXS การทดลองที่สแตนฟอร์ดซิงโครตรอนห้องปฏิบัติการ (SSRL), การใช้ประโยชน์จากลำแสงเอ็กซเรย์ฟลักซ์สูงพร้อมใช้งานมี หลังจากการสร้างของเราเองตั้งค่าเว็บไซต์ที่ SSRL ของปี เราตอนนี้จะใช้กำหนดมุมเล็ก beamline 4-2 เรายังเพิ่งทำการทดลองในการขั้นสูงแสงแหล่ง (ALS) พร้อมกัน กลุ่ม Safinya บ้านในบ้านจนหลายเครื่องเอ็กซเรย์ การอภิปรายครอบคลุมแนวคิดในการ X-ray scattering ดูอ้างอิง [1, 2]ตรงกันข้ามกับการ "จริงพื้นที่" ภาพโดยออปติคัลไมโครสโคหรือส่งเอกซเรย์การวัด (เช่นผู้นำในการระบุ เช่น กระดูกหัก) ข้อมูลการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์ (XRD) (ซึ่งมีการรวบรวมหลากหลายมุมห่างจากคานส่ง) มีการเปลี่ยนกลับจากพื้นที่ซึ่งกันและกันเพื่อให้ข้อมูลโครงสร้างพื้นที่จริง เป็นผล XRD ผลโครงสร้างข้อมูลที่ค่าเฉลี่ยผ่านลำแสงผ่านวัสดุ ในแง่นี้ ข้อมูลที่ได้รับจาก XRD เป็นประกอบกับข้อมูลที่คล้ายกันจากเทคนิคกล้องจุลทรรศน์ (เช่น AFM หรือ EM), ซึ่งให้ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของท้องถิ่น มุมกว้างกระจาย X-ray เพิ่มเติมช่วยให้การตรวจสอบโครงสร้างที่มีความละเอียดมากขึ้นกว่าเทคนิคใด ๆ กล้องจุลทรรศน์กฎหมายของแบรก ซึ่งมีสมการเป็นพื้นฐานสำหรับการตีความข้อมูลการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์ ระบุว่า สะท้อน / peak กระเจิงที่เกิดจากโครงสร้างของที่สั่งกับ d ระยะซ้ำจะสังเกตเมื่อ nλ เงื่อนไข = 2d sinθ ถูกทำให้สมบูรณ์ ที่นี่ n เป็นจำนวนเต็ม λความยาวคลื่นของรังสีเอกซเรย์หรือไม่ และค่ามุมθที่ซึ่งเป็นที่สังเกตลำแสงที่กระจาย ดังนั้น d เป็นสัดส่วนตรงกันข้ามกับ sinθ หมายความ ว่า มีขนาดเล็ก ใหญ่ d ซ้ำระยะมุมที่กระเจิงซึ่งเป็นที่สังเกต ดังนั้น SAXS ซึ่งเหมาะสำหรับการศึกษาของระบบระยะทางซ้ำที่ขนาดใหญ่ เช่น mesophases ผลึกของเหลว ของเหลวที่ซับซ้อน และนาโนวัสดุตัวที่สั่ง นอกจากนี้ กระจายความยืดหยุ่นของรังสีเอกซ์ที่สามารถตรวจสอบมุมเล็ก และเล็กมากที่ ให้ข้อมูลเกี่ยวกับรูปร่างและขนาดของโมเลกุลการตั้งค่า SAXS ทั่ว ด้วยเครื่องตรวจจับ 2D (พื้นที่) ด้านล่าง แหล่งเหมาะสมปล่อยลำแสงของรังสีเอกซ์ซึ่งมุ่งเน้น และ monochromated โดยแสงเอ็กซเรย์พิเศษ ขนาดของลำแสงถูกปรับ โดยระบบสลิต กลิ้งตัวอย่าง และเข้าสู่เส้นทางการบิน เส้นทางการบิน ซึ่งมีจะภายใต้สุญญากาศเนื่องจากอากาศ scatters คาน มีระยะห่างระหว่างอุปกรณ์ตรวจจับและตัวอย่างที่จำเป็นในการตรวจสอบรังสีเอกซ์กระจัดกระจายที่มุมเล็ก ยาว Unoriented ตัวอย่างผลผลิตรูปแบบสมมาตรศูนย์กลางบนตัว 2D ที่เป็นส่วนเฉลี่ยจะให้กราฟโดยทั่วไปของความเข้ม diffracted เจอโปรยเวกเตอร์ q (= 4π sinθ/λ)

Results (Thai) 2:

หนึ่งในเครื่องมือวิจัยหลักของกลุ่ม Safinya เป็น X-ray กระเจิงโดยเฉพาะในมุมเล็ก ๆ กระจัดกระจาย X-ray และการเลี้ยวเบน (SAXS และ SAXD) กลุ่มของเราอย่างสม่ำเสมอดำเนินการทดลอง SAXS ที่สแตนฟอซินโครเอ็กซ์แล็บ (SSRL) การใช้ประโยชน์จากสูงฟลักซ์เอ็กซ์เรย์คานมีบริการ หลังจากการสร้างการตั้งค่าของเราเองในสถานที่ SSRL สำหรับปีตอนนี้เรากำลังใช้มุมเล็ก ๆ ที่กำหนด beamline 4-2 นอกจากนี้เรายังได้ดำเนินการเมื่อเร็ว ๆ นี้การทดลองที่แหล่งกำเนิดแสงขั้นสูง (ALS) ขณะเดียวกันกลุ่ม Safinya บ้านที่สร้างขึ้นเองเครื่องมือในบ้านเอ็กซ์เรย์หลาย สำหรับการอภิปรายที่ครอบคลุมของแนวคิดในการ X-ray กระเจิงดูแหล่งอ้างอิง [1,2]

ในทางตรงกันข้ามกับ "ของจริงพื้นที่" ภาพให้โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แสงหรือ X-ray วัดการส่งผ่าน (เช่นผู้ที่นำมาใช้เพื่อระบุเช่นกระดูกหัก ), X-ray เลนส์ () ข้อมูล XRD (ซึ่งเป็นที่เก็บรวบรวมในมุมที่แตกต่างกันออกไปจากคานส่ง) มีการถูกเปลี่ยนกลับมาจากพื้นที่ซึ่งกันและกันที่จะให้ผลผลิตจริงพื้นที่ข้อมูลที่มีโครงสร้าง เป็นผลให้อัตราผลตอบแทน XRD โครงสร้างข้อมูลที่ค่าเฉลี่ยมากกว่าวัสดุลำแสงผ่าน ในแง่นี้ข้อมูลที่ได้รับจากการเป็น XRD ประกอบกับข้อมูลที่คล้ายคลึงกันจากเทคนิคการใช้กล้องจุลทรรศน์ (เช่น AFM หรือ EM) ซึ่งให้ข้อมูลโครงสร้างท้องถิ่น ภาพมุมกว้าง X-ray เลนส์ยังช่วยให้การกำหนดโครงสร้างที่ความละเอียดปลีกย่อยกว่าเทคนิคกล้องจุลทรรศน์ใด ๆ .

กฎหมายของแบร็กซึ่งเป็นสมการพื้นฐานสำหรับการตีความข้อมูลการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ที่ระบุว่าเป็นภาพสะท้อน / กระเจิงสูงสุดที่เกิดจากโครงสร้างที่ได้รับคำสั่ง ด้วยซ้ำระยะทาง d จะสังเกตเมื่อnλสภาพ = sinθ 2D เป็นจริง นี่ n เป็นจำนวนเต็มλความยาวคลื่นของรังสีเอ็กซ์เรย์และθมุมที่คานกระจัดกระจายเป็นที่สังเกต ดังนั้น D เป็นสัดส่วนผกผันกับsinθหมายความว่ามีขนาดใหญ่ซ้ำระยะทาง d ที่มีขนาดเล็กมุมที่กระจัดกระจายเป็นที่สังเกต ดังนั้น SAXS เหมาะสำหรับการศึกษาระบบสั่งซื้อกับระยะทางที่ซ้ำขนาดใหญ่เช่น mesophases ผลึกเหลวของเหลวที่ซับซ้อนและวัสดุนาโนเม นอกจากนี้การกระเจิงยืดหยุ่นของรังสีเอกซ์ที่สามารถสังเกตที่มุมขนาดเล็กและขนาดเล็กมากให้ข้อมูลเกี่ยวกับรูปร่างและขนาดของโมเลกุล.

ติดตั้ง SAXS ทั่วไปด้วย (พื้นที่) เครื่องตรวจจับ 2D แสดงอยู่ด้านล่าง เป็นแหล่งที่เหมาะสมส่งเสียงลำแสงของรังสีเอกซ์ซึ่งจะมุ่งเน้นและ monochromated โดยเลนส์ X-ray พิเศษ ขนาดของลำแสงจะถูกปรับโดยระบบกรีดที่ฮิตตัวอย่างและเข้าสู่เส้นทางการบิน เส้นทางการบินที่มีอยู่ภายใต้สูญญากาศเพราะอากาศโปรยคานให้ทางไกลระหว่างตรวจจับและตัวอย่างที่เป็นสิ่งจำเป็นในการตรวจสอบรังสีเอกซ์กระจายอยู่ในมุมเล็ก ๆ ตัวอย่าง Unoriented ผลผลิตรูปแบบ centrosymmetric บนเครื่องตรวจจับ 2D ซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยที่จะให้เรดิแปลงแบบฉบับของความเข้ม diffracted กับกระเจิงเวกเตอร์ Q (= 4πsinθ / λ)

Results (Thai) 3:

หนึ่งในเครื่องมือวิจัยหลักของกลุ่มคือการกระเจิงรังสีเอ็กซ์ safinya โดยเฉพาะมุมเล็กกระจายและการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ ( saxs และ saxd ) กลุ่มของเราเป็นประจําทํา saxs การทดลองที่ Stanford รังสีซินโครตรอน ห้องปฏิบัติการ ( ssrl ) , การใช้ประโยชน์จากรังสีแสงฟลักซ์สูงใช้ได้มี หลังจากสร้างการตั้งค่าของเราเองบนเว็บไซต์ที่ ssrl สำหรับปี ตอนนี้เราใช้เขตเล็กมุมบีมไลน์ 4-2 . เรายังเพิ่งมีการทดลองที่แหล่งกำเนิดแสงขั้นสูง ( ALS ) โดยกลุ่มบ้านที่ safinya หลายสินค้าภายในด้วยเครื่องมือ สำหรับการอภิปรายอย่างละเอียดของแนวคิดในการกระเจิงรังสีเอกซ์ดูอ้างอิง [ 1 , 2 ]ในทางตรงกันข้ามกับ " พื้นที่จริง " ภาพโดยกล้องจุลทรรศน์แสงหรือการวัดการส่งผ่านรังสีเอกซ์ ( เช่น ผู้ถ่ายต้องระบุเช่นกระดูกหัก ) , การเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ์ ( ซึ่งเป็นที่เก็บรวบรวมข้อมูลที่หลากหลายมุมที่ห่างจากที่ส่งแสง ) ต้องแปลงกลับจากต่างพื้นที่ ผลผลิตจริงข้อมูลพื้นที่ โครงสร้าง . ผลที่ตามมา , XRD ผลผลิตข้อมูลโครงสร้างที่ค่าเฉลี่ยทั่ววัสดุคานผ่าน . ในแง่มุมนี้ ข้อมูลที่ได้รับโดย XRD เป็นประกอบกับข้อมูลที่คล้ายคลึงกันจากเทคนิคจุลทรรศน์ ( เช่น AFM หรือเอ็ม ) ซึ่งให้ข้อมูลโครงสร้างภายใน เลนส์มุมกว้างช่วยให้การกำหนดโครงสร้างเอ็กซเรย์เพิ่มเติมได้ที่ความละเอียดที่ดีกว่าใด ๆที่ใช้เทคนิคBragg เป็นกฎหมายซึ่งเป็นสมการพื้นฐานสำหรับการตีความของการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ข้อมูลระบุว่าสะท้อน / กระจายสูงสุดที่เกิดจากการสั่งซ้ำโครงสร้างกับระยะทาง D จะสังเกตเมื่อเงื่อนไข n λ = 2D บาปθเป็นจริง ที่นี่ , n เป็นจำนวนเต็ม λความยาวคลื่นของรังสีเอกซเรย์ และθมุมที่กระจายแสง ) ดังนั้น , D เป็นปฏิภาคผกผันกับความบาปθหมายความว่าใหญ่ย้ำระยะ D ที่มีมุมที่กระเจิงเป็นที่สังเกต จากนั้น saxs เหมาะสำหรับศึกษาสั่งระบบกับระยะทางย้ำขนาดใหญ่ เช่น mesophases ผลึกเหลว , ของเหลวที่ซับซ้อนและนาโนวัสดุเมโซ . นอกจากนี้ ยืดหยุ่นการกระเจิงรังสีเอกซ์ที่สามารถสังเกตได้ในมุมที่ขนาดเล็กมาก ขนาดเล็ก และให้ข้อมูลเกี่ยวกับขนาดและรูปร่างของโมเลกุล .โดยทั่วไปการติดตั้งด้วย saxs 2D ( พื้นที่ ) เครื่องจะแสดงด้านล่าง เป็นแหล่งที่เหมาะสม ปล่อยลำแสงรังสีเอกซ์ซึ่งคือการมุ่งเน้นและ monochromated ด้วยแสงเอกซเรย์พิเศษ ขนาดของลำแสงจะถูกปรับโดยระบบช่องฮิตตัวอย่างและเข้าสู่เส้นทางบิน เส้นทางการบินที่เป็นสุญญากาศ เพราะอากาศสหภาพแรงงาน บีม มีระยะทางยาวระหว่างเครื่องและตัวอย่างที่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อตรวจจับรังสีเอกซ์กระจายอยู่ในมุมเล็ก ๆ ตัวอย่าง unoriented ผลผลิตรูปแบบ centrosymmetric บน 2 เครื่อง ซึ่งอยู่ตามแนวรัศมีเฉลี่ยให้แปลงโดยทั่วไปของการกระจายความเข้มกับเวกเตอร์ Q ( = 4 πบาปθ / λ )