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A perfect crystal X-ray analyser with meV energy resolution

Università di L'Aquila, I-67100 L'Aquila, Italy
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B Beam Interactions with Materials and Atoms (Impact Factor: 1.12). 04/1996; 111(1-2):181-186. DOI: 10.1016/0168-583X(95)01288-5

ABSTRACT We present a new method to construct a spherical crystal X-ray energy analyser. The energy analysis is based on high order Bragg reflections from a silicon perfect crystal at angles very close to 90°. In order to preserve the perfect crystal properties in a focusing optics, necessary for meV energy resolution and large angular acceptance, we developed a procedure to mount ≈12 000 small crystals, obtained from the same silicon wafer, on a spherical substrate. The method is based on computer controlled glueing and cycles of etching for each crystal. We obtained analysers with an energy resolution of 1.7±0.5 meV for 21.75 keV X-rays, using the Si(11 11 11) reflection, and with 25 mrad2 angular acceptance. These analysers have been specifically developed for high energy resolution inelastic X-ray scattering.

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    • "Recent advances on the technique of inelastic x-ray scattering (IXS) measurement (Sette et al., 1995; Masciovecchio et al., 1996) have improved the energy resolution to the range of meV that allows measurement of collective excitations with energy as low as 0.04 k B T at room temperature. This technique directly measures the dynamic structure factor, S(q,v), which is the space-time Fourier transform of the electron density-density correlation function of the measured system. "
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    ABSTRACT: We investigated the application of inelastic x-ray scattering (IXS) to lipid bilayers. This technique directly measures the dynamic structure factor S(q,omega) which is the space-time Fourier transform of the electron density correlation function of the measured system. For a multiatomic system, the analysis of S(q,omega) is usually complicated. But for multiple bilayers of lipid, S(q,omega) is dominated by chain-chain correlations within individual bilayers. Thus IXS provides a unique probe for the collective dynamics of lipid chains in a bilayer that cannot be obtained by any other method. IXS of dimyristoyl phosphatidylcholine and dimyristoyl phosphatidylcholine + cholesterol at two different concentrations were measured. S(q,omega) was analyzed by three-mode hydrodynamic equations, including a thermal diffusive mode and two propagating acoustic modes. We obtained the dispersion curves for the phonons that represent the collective in-plane excitations of lipid chains. The effect of cholesterol on chain dynamics was detected. Our analysis shows the importance of having a high instrument resolution as well as the requirement of sufficient signal-to-noise ratio to obtain meaningful results from such an IXS experiment. The requirement on signal-to-noise also applies to molecular dynamics simulations.
    Biophysical Journal 07/2003; 84(6):3767-76. DOI:10.1016/S0006-3495(03)75105-4 · 3.97 Impact Factor
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    • "The resolution of the crystal spectrometers, know also as wavelength-dispersive x-ray fluorescence (WDXRF) spectrometers, varies from few eV [2], to few meV [3] or even meV in the case of soft x-ray interferometers [4]. Large amount of work in the field of x-ray spectrometry was and is done by the " de facto " x-ray calorimetry using crystal spectrometers. "
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    ABSTRACT: Une des questions les plus ambitieuses dans la Physique de la Matière Condensée concerne la compréhension des propriétés vibrationnelles des verres. En particulier, une anomalie présente dans la densité d'états vibrationnels (VDOS) à des énergies de quelques meV a suscite beaucoup d'intérêt en raison de sa présence universelle dans les verres. Cette anomalie, appelée “boson peak” (BP), apparaît comme un pic dans la VDOS réduite par rapport à la prévision du continuum élastique de Debye, dans une région d'énergies où le modèle de Debye fonctionne encore assez bien pour les correspondants cristaux. Dans ce travail de Thèse on présente les résultats d'une étude expérimentale de la dynamique vibrationnelle dans des verres du sorbitol at du soufre, par diffusion inélastique de la lumière, des rayons x et des neutrons. Dans le cas du sorbitol, ces résultats montrent clairement que le BP est lie à des anomalies observées dans la courbe de dispersion acoustique dans la région mésoscopique des vecteurs d'onde de quelques nm−1. En outre, l'étude de la dépendance en température de ces propriétés montre que cette connexion est maintenue même avec les changements de température. Enfin, le comportement des modes à haute fréquence peut être utilise pour reproduire quantitativement la forme du BP, ce qui suggère une forte relation entre les propriétés acoustiques dans la région mésoscopique et le BP. Ce comportement semble être universel dans les verres. Dans le cas du soufre vitreux le BP est situe à l'extérieur de la fenêtre d'énergies qui peut être sondée par IXS et donc il n'est pas possible expérimentalement d'étudier le caractère des excitations collectives correspondantes.
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