अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन: Difference between revisions
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अल्ट्राफास्ट [[इलेक्ट्रॉन विवर्तन]] ( | '''अल्ट्राफास्ट [[इलेक्ट्रॉन विवर्तन]]''' (यूईडी), जिसे फेमटोसेकंड इलेक्ट्रॉन विवर्तन (FED) के रूप में भी जाना जाता है, प्रकाशीय पंप-जांच स्पेक्ट्रोस्कोपी और इलेक्ट्रॉन विवर्तन के संयोजन पर आधारित पंप-जांच प्रायोगिक विधि है। यूईडी पदार्थ की संरचना के गतिशील परिवर्तन के बारे में जानकारी प्रदान करता है। यह समय समाधित क्रिस्टलोग्राफी के समान है, लेकिन जांच के रूप में एक्स-रे का उपयोग करने के अतिरिक्त, यह इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करता है। यूईडी तकनीक में,एक फेमटोसेकंड (fs) लेज़र प्रकाशीय स्पंद (पंप) नमूने को सक्रिय बनाता है, सामान्यतः गैर-संतुलन, स्थितियों में होता है। पंप स्पंद रासायनिक, इलेक्ट्रॉनिक या संरचनात्मक संक्रमण को प्रेरित कर सकता है। परिमित समय अंतराल के बाद, fs इलेक्ट्रॉन स्पंद नमूने पर आपतित होता है। नमूने के साथ परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन स्पंद विवर्तन से गुजरता है। विवर्तन संकेत, बाद में, एक सीसीडी कैमरा जैसे इलेक्ट्रॉन उपकरण द्वारा पता लगाया जाता है। विशेष रूप से, इलेक्ट्रॉन स्पंद के नमूने से अलग होने के बाद, बिखरे हुए इलेक्ट्रॉन को एक सीसीडी कैमरे पर एक विवर्तन पैटर्न (छवि) बनाएंगे। इस पैटर्न में संरचनात्मक जानकारी होती है। पंप और जांच बीम के आगमन (नमूने पर) के बीच समय के अंतर को समायोजित करके, विभिन्न समय के अंतर के एक फलन के रूप में विवर्तन प्रतिरूप की एक श्रृंखला प्राप्त कर सकते हैं। डेटा में होने वाले परिवर्तनों की गति चित्र बनाने के लिए विवर्तन डेटा श्रृंखला को जोड़ा जा सकता है। यूईडी आवेश वाहकों, परमाणुओं और अणुओं पर गतिशीलता का बहुलता प्रदान कर सकता है। | ||
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कूलम्ब प्रतिकर्षण के कारण स्पंदविड्थ विस्तार को दूर करने के लिए सामान्यतः इलेक्ट्रॉन स्पंदों को संपीड़ित करने के लिए दो विधियों का उपयोग किया जाता है। उच्च प्रवाह अतिलघु इलेक्ट्रॉन बीम उत्पन्न करना अपेक्षाकृत स्पष्ट रहा है, लेकिन अंतराकाशी आवेश प्रभाव के कारण पीकोसेकेंड के नीचे स्पंद अवधि बेहद कठिन साबित हुई। अंतराकाशी आवेश पारस्परिक प्रभाव पुंज आवेश के साथ गंभीरता में वृद्धि करते हैं और स्पंद अवधि को व्यापक बनाने के लिए तेजी से कार्य करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन (यूईडी) प्रयोगों में सिग्नल (पुंज आवेश) और समय-रिज़ॉल्यूशन के बीच स्पष्ट रूप से अपरिहार्य व्यापार बंद हो गया है। रेडियो-फ्रीक्वेंसी (RF) संपीड़न उभरा है, UED प्रयोगों में पल्स विस्तार को कम करने का एक प्रमुख तरीका है, जो 50 फेमटोसेकंड से नीचे के अस्थायी रिज़ॉल्यूशन को प्राप्त करता है।<ref name="Ref_Qi">{{cite journal | |||
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Latest revision as of 18:40, 21 April 2023
अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन (यूईडी), जिसे फेमटोसेकंड इलेक्ट्रॉन विवर्तन (FED) के रूप में भी जाना जाता है, प्रकाशीय पंप-जांच स्पेक्ट्रोस्कोपी और इलेक्ट्रॉन विवर्तन के संयोजन पर आधारित पंप-जांच प्रायोगिक विधि है। यूईडी पदार्थ की संरचना के गतिशील परिवर्तन के बारे में जानकारी प्रदान करता है। यह समय समाधित क्रिस्टलोग्राफी के समान है, लेकिन जांच के रूप में एक्स-रे का उपयोग करने के अतिरिक्त, यह इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करता है। यूईडी तकनीक में,एक फेमटोसेकंड (fs) लेज़र प्रकाशीय स्पंद (पंप) नमूने को सक्रिय बनाता है, सामान्यतः गैर-संतुलन, स्थितियों में होता है। पंप स्पंद रासायनिक, इलेक्ट्रॉनिक या संरचनात्मक संक्रमण को प्रेरित कर सकता है। परिमित समय अंतराल के बाद, fs इलेक्ट्रॉन स्पंद नमूने पर आपतित होता है। नमूने के साथ परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन स्पंद विवर्तन से गुजरता है। विवर्तन संकेत, बाद में, एक सीसीडी कैमरा जैसे इलेक्ट्रॉन उपकरण द्वारा पता लगाया जाता है। विशेष रूप से, इलेक्ट्रॉन स्पंद के नमूने से अलग होने के बाद, बिखरे हुए इलेक्ट्रॉन को एक सीसीडी कैमरे पर एक विवर्तन पैटर्न (छवि) बनाएंगे। इस पैटर्न में संरचनात्मक जानकारी होती है। पंप और जांच बीम के आगमन (नमूने पर) के बीच समय के अंतर को समायोजित करके, विभिन्न समय के अंतर के एक फलन के रूप में विवर्तन प्रतिरूप की एक श्रृंखला प्राप्त कर सकते हैं। डेटा में होने वाले परिवर्तनों की गति चित्र बनाने के लिए विवर्तन डेटा श्रृंखला को जोड़ा जा सकता है। यूईडी आवेश वाहकों, परमाणुओं और अणुओं पर गतिशीलता का बहुलता प्रदान कर सकता है।
इतिहास
प्रारंभिक रूप में अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन यंत्रों का डिज़ाइन एक्स-रे स्ट्रीक कैमरों पर आधारित था, पहला यूईडी प्रयोग जो 100 पीएस की इलेक्ट्रॉन स्पंद की लंबाई प्रदर्शित करता है।[1]
इलेक्ट्रॉन स्पंद उत्पादन
इलेक्ट्रॉन स्पंदों को सामान्यतः प्रकाश उत्सर्जन की प्रक्रिया द्वारा उत्पादित किया जाता है जिसमें एक fs प्रकाशीय स्पंद को प्रकाशिक कैथोड की ओर निर्देशित किया जाता है।[2] यदि आपतित लेज़र स्पंद में एक उपयुक्त ऊर्जा है, तो प्रकाश कैथोड से इलेक्ट्रॉनों को एक प्रक्रिया के माध्यम से बाहर निकाल दिया जाएगा जिसे प्रकाशउत्सर्जन कहा जाता है। इलेक्ट्रॉनों को बाद में उच्च ऊर्जा में त्वरित किया जाता है,जिसमें दस किलोइलेक्ट्रॉन-वोल्ट [3] से लेकर कई मेगाइलेक्ट्रॉन-वोल्ट[4] तक इलेक्ट्रॉन गन का उपयोग करके किया जाता है।
इलेक्ट्रॉन स्पंद संपीड़न
कूलम्ब प्रतिकर्षण के कारण स्पंदविड्थ विस्तार को दूर करने के लिए सामान्यतः इलेक्ट्रॉन स्पंदों को संपीड़ित करने के लिए दो विधियों का उपयोग किया जाता है। उच्च प्रवाह अतिलघु इलेक्ट्रॉन बीम उत्पन्न करना अपेक्षाकृत स्पष्ट रहा है, लेकिन अंतराकाशी आवेश प्रभाव के कारण पीकोसेकेंड के नीचे स्पंद अवधि बेहद कठिन साबित हुई। अंतराकाशी आवेश पारस्परिक प्रभाव पुंज आवेश के साथ गंभीरता में वृद्धि करते हैं और स्पंद अवधि को व्यापक बनाने के लिए तेजी से कार्य करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन (यूईडी) प्रयोगों में सिग्नल (पुंज आवेश) और समय-रिज़ॉल्यूशन के बीच स्पष्ट रूप से अपरिहार्य व्यापार बंद हो गया है। रेडियो-फ्रीक्वेंसी (RF) संपीड़न उभरा है, UED प्रयोगों में पल्स विस्तार को कम करने का एक प्रमुख तरीका है, जो 50 फेमटोसेकंड से नीचे के अस्थायी रिज़ॉल्यूशन को प्राप्त करता है।[5]
सबसे तेज गतिकी की जांच के लिए अंततः 10 फेमटोसेकंड से कम इलेक्ट्रॉन बीम की आवश्यकता होती है ठोस अवस्था सामग्री में और गैस चरण आणविक प्रतिक्रियाओं का निरीक्षण करें।[6]
सिंगल शॉट
अपरिवर्तनीय प्रक्रिया का अध्ययन करने के लिए, एक एकल इलेक्ट्रॉन गुच्छा युक्त एक विवर्तन संकेत प्राप्त किया जाता है या अधिक कण।[7]
स्ट्रोबोस्कोपिक
प्रतिवर्ती प्रक्रिया का अध्ययन करते समय, विशेष रूप से कमजोर संकेतों के कारण, जैसे, थर्मल डिफ्यूज़ स्कैटरिंग, एक विवर्तन पैटर्न कई इलेक्ट्रॉन गुच्छों से संचित होता है, जितने .[8]
संकल्प
एक अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन तंत्र का संकल्प अंतरिक्ष और समय दोनों में चित्रित किया जा सकता है। स्थानिक संकल्प दो अलग-अलग भागों में आता है: वास्तविक स्थान और पारस्परिक स्थान। वास्तविक अंतरिक्ष संकल्प नमूने पर इलेक्ट्रॉन जांच के भौतिक आकार से निर्धारित होता है। एक छोटा भौतिक जांच आकार क्रिस्टल पर प्रयोग की अनुमति दे सकता है जो संभवतः बड़े आकार में संवृद्ध नहीं किया जा सकता है।[9]
उच्च पारस्परिक स्थान वियोजन ब्रैग विवर्तन स्पॉट का पता लगाने की अनुमति देता है जो लंबी अवधि की घटनाओं के अनुरूप होता है। इसकी गणना निम्नलिखित समीकरण से की जा सकती है:[4]:, कहाँ Δs पारस्परिक अंतरिक्ष संकल्प है, λe इलेक्ट्रॉनों की कॉम्पटन तरंग दैर्ध्य है, ϵn सामान्यीकृत उत्सर्जन है{{disambiguation needed|date=February 2023}इलेक्ट्रॉनों की, और σx नमूने पर जांच का आकार है।
टेम्पोरल रिज़ॉल्यूशन मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनों की गुच्छा लंबाई और पंप और जांच के बीच सापेक्ष समय के झटकों का एक कार्य है।[4]
डिटेक्टर
यह भी देखें
- अहमद जेवेल
- आर। जे ड्वेन मिलर
- समय हल क्रिस्टलोग्राफी
संदर्भ
- ↑ Mourou, Gerard; Williamson, Steve (1982). "Picosecond electron diffraction". Applied Physics Letters. 41 (1): 44. Bibcode:1982ApPhL..41...44M. doi:10.1063/1.93316.
- ↑ {{cite journal |last1=Srinivasan |first1=R. |last2=Lobastov |first2=V. |last3=Ruan |first3=C.-Y. |last4=Zewail |first4=A. |title=अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन (यूईडी)|journal=Helvetica |date=2003 |volume=86 |issue=6 |pages=1761–1799 |doi=10.1002/hlca.200390147}
- ↑ Siwick, Bradley J.; Dwyer, Jason R.; Jordan, Robert E.; Miller, R. J. Dwayne (21 Nov 2003). "फेमटोसेकंड इलेक्ट्रॉन विवर्तन का उपयोग करके पिघलने का एक परमाणु-स्तर का दृश्य". Science. 302 (5649): 1382–1385. Bibcode:2003Sci...302.1382S. doi:10.1126/science.1090052. PMID 14631036. S2CID 4593938.
- ↑ 4.0 4.1 4.2 Weathersby, S. P. (2015). "SLAC राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला में मेगा-इलेक्ट्रॉन-वोल्ट अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन". Review of Scientific Instruments. 86 (7): 073702. Bibcode:2015RScI...86g3702W. doi:10.1063/1.4926994. PMID 26233391. S2CID 17652180.
- ↑ Qi, F. (2020). "MeV अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन में एक डबल बेंड एक्रोमैट कंप्रेसर के साथ 50 फेमटोसेकंड रिज़ॉल्यूशन बैरियर को तोड़ना". Physical Review Letters. 124 (13): 134803. arXiv:2003.08046. Bibcode:2020PhRvL.124m4803Q. doi:10.1103/PhysRevLett.124.134803. PMID 32302182. S2CID 212747515.
- ↑ Gliserin, A. (2015). "परमाणु विवर्तन के लिए इलेक्ट्रॉन दालों का उप-फोनन-अवधि संपीड़न". Nat Commun. 6 (8723): 4. Bibcode:2015NatCo...6.8723G. doi:10.1038/ncomms9723. PMC 4640064. PMID 26502750.
- ↑ Siwick, Bradley J; Dwyer, Jason R; Jordan, Robert E; Miller, RJ Dwayne (2003). "An atomic-level view of melting using femtosecond electron diffraction". Science. 302 (5649): 1382–1385. Bibcode:2003Sci...302.1382S. doi:10.1126/science.1090052. PMID 14631036. S2CID 4593938.
- ↑ de Cotret, Laurent P Ren{\'e}; Otto, Martin R; P{\"o}hls, Jan-Hendrik; Luo, Zhongzhen; Kanatzidis, Mercouri G; Siwick, Bradley J (2022). "Direct visualization of polaron formation in the thermoelectric SnSe". Proceedings of the National Academy of Sciences. 119 (3). arXiv:2111.10012. Bibcode:2022PNAS..11913967R. doi:10.1073/pnas.2113967119. PMC 8784136. PMID 35012983. S2CID 244463218.
- ↑ Bie, Ya-Qing; Zong, Alfred; Wang, Xirui; Jarillo-Herrero, Pablo; Gedik, Nuh (2021). "अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन के लिए एक बहुमुखी नमूना निर्माण विधि". Ultramicroscopy. 230: 113389. doi:10.1016/j.ultramic.2021.113389. PMID 34530284. S2CID 237546671.
स्रोत
- Srinivasan, Ramesh; Lobastov, Vladimir A.; Ruan, Chong-Yu; Zewail, Ahmed H. (2003). "अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन (यूईडी): क्षणिक आणविक संरचनाओं के 4डी निर्धारण के लिए एक नया विकास". Helvetica Chimica Acta. 86 (6): 1761. doi:10.1002/hlca.200390147.
- Sciani, Germain; Miller, R.J. Dwayne (2011). "फेमटोसेकंड इलेक्ट्रॉन विवर्तन: परमाणु रूप से हल की गई गतिकी के युग की शुरुआत". Reports on Progress in Physics. 74 (9): 096101. Bibcode:2011RPPh...74i6101S. doi:10.1088/0034-4885/74/9/096101. S2CID 121497071.
- Chatelain, Robert P.; Morrison, Vance R.; Godbout, Chris; Siwick, Bradley J. (2012). "रेडियो-आवृत्ति संपीड़ित इलेक्ट्रॉन दालों के साथ अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन". Applied Physics Letters. 101 (8): 081901. Bibcode:2012ApPhL.101h1901C. doi:10.1063/1.4747155.
श्रेणी:लेजर अनुप्रयोग श्रेणी:विवर्तन
